PENYERAPAN ENERGI RADIASI

Download Dimana: I. = intensitas radiasi total (watt / m2). A. = luas permukaan ( 2 m ). Koefisien emisivitas (e) pada dasarnya menyatakan sifat per...

0 downloads 566 Views 733KB Size
Penyerapan Energi Radiasi Devita Simon (192012028), Estrisia Angu Bima (192012025- 642012018), Inti Mustika (192012007- 642012010), Istiyana Yumaroh (192012022), Jayantri Patola (192012033) I. PENDAHULUAN Tujuan dilakukannya eksperimen: Untuk

mengetahui

dan

membandingkan nilai emissivitas dari benda berwarna putih dengan benda berwarna hitam pada jenis bahan yang berbeda. Hipotesa terhadap apa yang diteliti: Benda hitam menyerap radiasi lebih banyak dibandingkan benda putih.

II. DASARTEORI Radiasi

yang

dipancarkan

oleh

sebuah benda sebagai akibat suhunya disebut radiasi panas (radiasi termal). Setiap benda secara kontinyu memancarkan radiasi panas

Gambar 1. Warna pijar suatu benda panas berubah terhadap suhunya.[2]

dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Tetapi, pada umumnya benda terlihat oleh kita karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, dan bukan karena ia memancarkan panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1000 K . Pada suhu ini benda mulai berpijar merah. Pada suhu diatas 2000

K benda berpijar kuning atau keputihputihan.

Begitu

suhu

benda

terus

ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah. [1,2]

Benda hitam adalah suatu benda yang permukaannya menyerap

semua

sedemikian radiasi

sehingga

yang

datang

padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam). Benda hitam jika berpijar

pada

suhu

tertentu

akan

memancarkan intensitas radiasi paling besar daripada benda lain pada suhu yang sama. Misalnya, pakaian berwarna hitam atau gelap, jika dipakai pada siang hari akan terasa lebih panas daripada pakaian yang berwarna putih atau terang.[1] Intensitas radiasi total dari seluruh panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam yang dipanaskan hanya bergantung pada suhu (e = 1). Menurut

Steffan-Boltzman,

jumlah

energi

yang

Untuk benda putih sempurna, e  0



, sehingga Q  0

dipancarkan suatu permukaan benda dalam bentuk

radiasi

kalor

persatuan

waktu,



Untuk

benda-benda

yang

umum

ditemukan di alam ini 0  e  1

sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu. Pernyataan diatas

Di alam ini sebenarnya tidak ada sebuah

disebut Hukum Steffan-Boltzman, yang dapat

benda yang berperilaku sebagai benda hitam

dirumuskan sebagai berikut :

sempurna,sehingga benda hitam sempurna hanya merupakan model idealisasi.[3,4]

Q P   e AT 4 t

III. METODOLOGI Keterangan :

A. Alat

P

= daya (watt)

1. Komputer

Q

= energi Kalor ( J )

2. Vernier Computer Interface Logger

t

= waktu (s)

e 

= koefisien emisivitas benda

Pro 3.8.5.1 3. 2 Vernier Temperature Probes /

=konstanta Stefan-Boltzman (5,67.108

T

W/m2K-4)

sensor suhu dengan spesifikasi : Temperature range

= suhu mutlak permukaan benda ( K ) Besarnya intensitas total merupakan

besarnya daya radiasi dalam setiap luas permukaan benda.[2,4]

Maximum

–25 to 125°C (–13 to 257°F) 150°C

temperature that the sensor can tolerate without damage 13-bit resolution

0.04°C (–25 to 0°C)

(SensorDAQ)

0.02°C(0 to 40°C)

Dimana:

0.05°C(40 to 100°C)

I

P  e T 4 A

0.13°C(100 to 125°C)

I

= intensitas radiasi total (watt / m2)

A

= luas permukaan ( m 2 )

Koefisien

emisivitas

(e)

pada

dasarnya menyatakan sifat permukaan benda

12-bit resolution

0.08°C (–25 to 0°C)

(LabQuest

0.03°C (0 to 40°C)

2,LabQuest,LabQuest

0.1°C (100 to 125°C)

Mini, LabPro, TI-

0.25°C (100 to 125°C)

Nspire Lab

0.32°C (–25 to 0°C)

Cradle,Go! Link, or

0.12°C (0 to 40°C)

EasyLink)

0.4°C (40 to 100°C)

(kemampuan benda untuk memancarkan radiasi kalor dibandingkan dengan benda

1.0°C (100 to 125°C) 10-bit resolution (CBL 2)

hitam sempurna), dengan ketentuan sebagai

Temperature sensor

20 kΩ NTC Thermistor

berikut :

Accuracy

±0.2°C at 0°C, ±0.5°C at 100°C

Response time (time

50 seconds (in still air)

for 90% change in

20 second (in moving air)



Untuk

benda

hitam

sempurna,

e  1 , sehingga Q   AT 4

reading)

dimana

Probe dimensions:

15.5 cm

sensor

tidak

menyentuh

permukaan meja.

Probe length (handle

3. Hubungkan

plus body)

kedua

sensor

ke

komputer yang sudah siap dengan Logger Pro.

4. Lampu Pijar 100W, 240 V `

4. Letakkan lampu tepat di atas kedua

B. Bahan

kertas dengan jarak ketinggian 10 cm.

1. Kertas warna putih dengan ukuran : Luas (A) : 0,14 x 0,14 = 0,0196 ±

5. Hidupkan lampu dan klik tombol

0,005 m2

collect

Massa (m) : 3,00 gr = 0,003 ±

bersamaan.

logger

pro

secara

6. Setelah 10 menit, matikan lampu dan

0,000005 kg

simpan data yang sudah terekam.

2. Kertas warna hitam dengan ukuran: Luas ( A )

pada

: 0,14 x 0,14 = 0,0196 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

± 0,005 m2 massa ( m )

Dalam percobaan ini, sumber radiasi

: 2,94 gr = 0,00294 ±

yang digunakan adalah nyala dari lampu pijar

0,000005 kg

yang berwarna kuning dengan daya 100 watt. 3. Plat warna putih dengan ukuran Luas (A)

Dari grafik yang dihasilkan dari percobaan

: 0,20 x 0,18 = 24,78 x

10-2 ± 0,005 m2 massa ( m ) 0,000005 kg

bahwa

kenaikan

lebih tinggi dibandingkan dengan suhu pada kertas berwarna putih. Demikian juga apabila

4. Plat warna putih dengan ukuran ±0,005 m

menunjukkan

temperatur / suhu dari kertas berwarna hitam

: 50,10 gr =0,05010 ±

Luas (A) : 0,20 x 0,13 = 27,93 10

diatas

kertas diganti dengan plat dari bahan -2

2

Massa (m) : 56,60 gr = 0,00566 ± 0,000005 kg 5. Selotip

alumunium. Dari grafik juga menunjukkan bahwa kenaikan suhu pada plat warna hitam lebih tinggi daripada pada plat warna putih. Untuk mengetahui intensitas radiasi suatu bahan, perlu diketahui juga nilai emissivitas suatu bahan yang merupakan

C. Prosedur/langkah-langkah Eksperimen: 1. Rekatkan salah satu sensor pada permukaan kertas hitam, dan sensor lainnya pada permukaan kertas putih. 2. Letakkan kedua kertas yang telah direkatkan dengan sensor di atas meja dengan posisi sensor berada di bawah,

ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor dari suatu bahan.

I.

Menentukan Nilai Emisivitas pada Plat Aluminium

 Plat Hitam Luas ( A ) : 0,20 x 0,18 = 0,0360 ± 0,005 2 m massa ( m ) : 50,10 gr =0,0501 ± 0,000005 kg  Plat Putih Luas ( A ) : 0,20 x 0,13 = 0,0260 ± 0,005 2 m massa ( m ) : 56,60 gr = 0,0566 ±0,000005 kg Kalor jenis aluminium ( c ) Tetapan Boltsman (  ) 5,67.10-8 W/m2 K4

: 900 J/ kgo C :

Data Hasil Percobaan (Terlampir) Mencari persamaan linear dengan penurunan rumus : Q  m.c.T ...(1) Q P t Q P =  e. . AT . 4 t m.c. T   e. . AT . 4 t T  m.c.  e. . AT . 4 t dT  m.c.  e. . AT . 4 dt

dT  e. . A.dt T4  dT  m.c. 4  e. . A dt T  m.c. T 4 dT  e. . A.t

  m.c.

1  m.c.  T 3  e. . A.t 3 m.c 3  .T  e. . A.t 3 3e. . A T 3   .t ...(2) m.c Y =

m

X

Persamaan (2) adalah persamaan yang dipakai untuk uji linear dengan fungsi y= mx, dimana: variabel (y) adalah 1/T3 (dalam Kelvin), variabel (x) adalah t (dalam sekon), 3. . . A gradien (m) adalah ( grad )   m.c ...(3) Sehingga, dari persamaan no (3) bisa diperoleh persamaan yang merupakan rumus emisivitas: m.c.   ...(4) 3 A

Gambar 2. Grafik hasil plot Plat Hitam

Dari persamaan hasil fit linear, nilai gradien akan digunakan untuk menghitung nilai emisivitas dengan menggunakan persamaan (4). Dari hasil perhitungan didapatkan nilai emisivitas untuk plat aluminium berwarna hitam sebesar,



0, 0501kg  900 J / kg 0C  5,3111012 3  5, 67 108W / m2 K 4  0, 0360m2

  0,0391

Gambar 3. Grafik hasil plot Plat Putih 0, 0566kg  900 J / kg 0C  4, 073 1012   Untuk plat putih, dari persamaan hasil fit 3  5, 67 108W / m2 K 4  0, 026m2 linear, nilai gradient juga akan digunakan untuk menghitung nilai emisivitas dengan   0,0019 menggunakan persamaan (4). Dari hasil perhitungan didapatkan nilai emisivitas untuk II. Menentukan Nilai Emisivitas plat aluminium berwarna putih sebesar,

pada Kertas

 Kertas Hitam Luas ( A ) : 0,14 x 0,14 = 0,0196 ± 2 0,005 m massa ( m ) : 3,00 gr = 0,0030 ± 0,000005 kg  Kertas Putih Luas ( A ) : 0,14 x 0,14 = 0,0196 ± 0,005 2 m massa ( m ) : 2,94 gr = 0,0029 ± 0,000005 kg

Q m.c.T  t t P.t c m.T c 100  0,5s 0, 003kg  0, 049 K = 241,8

kalor jenis kertas ( c ) : P 

J/kg K Tetapan Boltzman (  ) 5,67.10-8 W/m2 K4

:

Data Hasil Percobaan ( Terlampir) Mencari persamaan linear dengan penurunan rumus : Q  m.c.T ...(1) Q P t Q P =  e. . AT . 4 t

m.c. T  e. . AT . 4 t T  m.c.  e. . AT . 4 t dT  m.c.  e. . AT . 4 dt dT   m.c. 4   e. . A.dt T dT  m.c. 4  e. . A dt T  m.c. T 4 dT  e. . A.t 

1  m.c.  T 3  e. . A.t 3 m.c 3  .T  e. . A.t 3 3e. . A T 3   .t ...(2) m.c Y =

m

X

Persamaan (2) adalah persamaan yang dipakai untuk uji linear dengan fungsi y= mx, dimana: variabel (y) adalah 1/T3 (dalam Kelvin), variabel (x) adalah t (dalam sekon), 3. . . A gradien (m) adalah ( grad )   m.c ...(3) Sehingga, dari persamaan no (2) bisa diperoleh persamaan yang merupakan rumus emisivitas: m.c.   ...(4) 3 A

Gambar 4. Grafik hasil plot kertas hitam

Untuk kertas hitam, dari persamaan hasil fit linear, nilai gradient juga akan digunakan untuk menghitung nilai emisivitas dengan menggunakan persamaan (4). Dari hasil perhitungan didapatkan nilai emisivitas untuk kertas berwarna hitam sebesar,



0, 0030kg  241,8 J / kg 0C  4, 006 1012 3  5, 67 108W / m2 K 4  0, 0196m2

  0,0009

Gambar 5. Grafik hasil plot Kertas Putih

Untuk kertas putih, dari persamaan hasil fit linear, nilai gradient juga akan digunakan untuk menghitung nilai emisivitas dengan menggunakan persamaan (4). Dari hasil

perhitungan didapatkan nilai emisivitas untuk kertas berwarna putih sebesar,



0, 0029kg  241,8 J / kg 0C  2, 048 1012 3  5, 67 108W / m2 K 4  0, 0196m2

  0,0004 V. KESIMPULAN 

     

Benda hitam jika berpijar pada suhu tertentu akan memancarkan intensitas radiasi paling besar daripada benda putih walaupun pada keadaan suhu yang sama Nilai emissivitas plat aluminium berwarna hitam yang didapat dari hasil percobaan ± 0,0391 Nilai emisivitas plat aluminium berwarna putih yang didapat dari hasil percobaan ±0,0019 Nilai emisivitas plat hitam lebih besar daripada emissivitas plat putih Nilai emisivitas kertas berwarna hitam yang didapat dari hasil percobaan ± 0,0009 Nilai emisivitas plat aluminium berwarna putih yang didapat dari hasil percobaan ±0,0004 emisivitas kertas hitam lebih besar dari pada emisivitas kertas putih

VI. DAFTARPUSTAKA 1.Pustaka yang diambil dari web: [1] http://indonesia.com/f/9472-bab-8kalor-2-a/ (June 24, 2014) 2.Pustaka yang diambil dari buku: [2] Nugroho Djoko, Mandiri Fisika SMA Kelas XII, penerbit Erlangga 2007, [3] Hamidah

Annis,

Fokus

Fisika

SMA/MA Kelas XII, CV. Sindunata, Solo [4]