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 5,3111012 3 5, 67 108W / m2 K 4 0, 0360m2
0,0391
Gambar 3. Grafik hasil plot Plat Putih 0, 0566kg 900 J / kg 0C 4, 073 1012 Untuk plat putih, dari persamaan hasil fit 3 5, 67 108W / 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 1012 3 5, 67 108W / 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 1012 3 5, 67 108W / 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]
