...

Penyerapan Energi Radiasi

by user

on
Category: Documents
20

views

Report

Comments

Transcript

Penyerapan Energi Radiasi
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]
Fly UP