Laporan Praktikum Pengukuran Konduktivitas Termal Bahan Padat Menggunakan Metode Steady-State ~ Laporan Praktikum

Laporan Praktikum Pengukuran Konduktivitas Termal Bahan Padat Menggunakan Metode Steady-State

ABSTRAK

Praktikum ini bertujuan untuk mengukur konduktivitas termal ( $k$ ) bahan padat menggunakan metode steady-state. Metode ini dilakukan dengan memanaskan salah satu sisi sampel dan menjaga sisi lainnya tetap pada suhu yang lebih rendah, sehingga tercipta perbedaan suhu ( $\Delta T$ ) yang stabil melintasi sampel dengan ketebalan $d$ dan luas penampang $A$ . Besarnya laju aliran panas ( $Q/t$ ) diukur atau ditentukan secara tidak langsung. Berdasarkan Hukum Fourier untuk konduksi panas:

\frac{Q}{t} = k\, A \,\frac{(T_h - T_c)}{d}

nilai konduktivitas termal bahan dapat dihitung. Hasil praktikum dibandingkan dengan nilai literatur untuk mengevaluasi keakuratan metode yang digunakan.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga praktikum ini dapat terlaksana dengan baik. Laporan praktikum ini disusun sebagai salah satu tugas pada mata kuliah Fisika Dasar/Termodinamika. Kami mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing, asisten praktikum, dan seluruh pihak yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama pelaksanaan eksperimen. Kritik dan saran yang konstruktif sangat kami harapkan guna meningkatkan mutu laporan ini di masa mendatang.

DAFTAR ISI

Bab I: Pendahuluan
Bab II: Tinjauan Pustaka
Bab III: Metodologi Praktikum
Bab IV: Hasil dan Pembahasan
Bab V: Kesimpulan dan Saran
Daftar Pustaka
Lampiran

Bab I: Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Konduktivitas termal adalah ukuran kemampuan suatu material untuk menghantarkan panas. Dalam berbagai aplikasi teknik dan ilmiah, pengetahuan mengenai konduktivitas termal sangat penting, terutama dalam desain sistem pendingin, material bangunan, dan peralatan elektronik. Metode steady-state merupakan salah satu cara pengukuran di mana kondisi suhu telah mencapai keadaan tunak (steady-state), sehingga perbedaan suhu antara sisi panas dan dingin sampel dapat digunakan untuk menghitung laju aliran panas. Dengan mengetahui nilai laju aliran panas, luas penampang, dan ketebalan sampel, konduktivitas termal dapat dihitung menggunakan Hukum Fourier untuk konduksi panas.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana cara mengukur perbedaan suhu tunak pada kedua sisi sampel bahan padat?
Bagaimana menentukan laju aliran panas melalui sampel secara tidak langsung?
Apakah nilai konduktivitas termal yang diperoleh mendekati nilai literatur untuk material tersebut?

1.3 Tujuan Praktikum

Mengukur perbedaan suhu ( $T_h - T_c$ ) pada sampel bahan padat dengan kondisi steady-state.
Menghitung laju aliran panas melalui sampel dan menentukan nilai konduktivitas termal $k$ menggunakan persamaan Fourier.
Membandingkan hasil pengukuran dengan nilai literatur untuk mengevaluasi akurasi metode.

1.4 Manfaat Praktikum

Memperdalam pemahaman mengenai konduksi panas dan konsep konduktivitas termal.
Melatih keterampilan pengukuran suhu dan analisis data termal.
Menjadi dasar dalam perancangan material dan sistem yang membutuhkan pengendalian perpindahan panas.

1.5 Batasan Masalah

Pengukuran dilakukan pada kondisi suhu ruangan yang terkontrol dan dengan isolasi yang memadai agar tidak terjadi kehilangan panas signifikan ke lingkungan.
Hanya bahan padat homogen dengan ketebalan $d$ yang seragam yang dianalisis.
Alat ukur suhu diasumsikan memiliki akurasi tinggi dan kondisi steady-state telah tercapai.

Bab II: Tinjauan Pustaka

2.1 Konduktivitas Termal

Konduktivitas termal ( $k$ ) merupakan parameter yang menggambarkan kemampuan suatu material untuk menghantarkan panas. Nilai $k$ dapat diukur dengan metode steady-state menggunakan persamaan Fourier:

\frac{Q}{t} = k\, A \,\frac{(T_h - T_c)}{d}

di mana $Q/t$ adalah laju aliran panas, $A$ luas penampang, $T_h$ dan $T_c$ adalah suhu sisi panas dan sisi dingin, serta $d$ adalah ketebalan sampel.

2.2 Metode Steady-State

Metode steady-state mengharuskan sistem mencapai kondisi tunak di mana perubahan suhu tidak lagi terjadi seiring waktu. Hal ini memungkinkan pengukuran perbedaan suhu yang stabil, yang selanjutnya digunakan untuk menghitung laju aliran panas dan konduktivitas termal.

2.3 Aplikasi Pengukuran Konduktivitas Termal

Pengukuran konduktivitas termal penting dalam desain material termal, analisis efisiensi sistem pendingin, serta penelitian material baru. Metode steady-state sering digunakan karena kesederhanaannya dan kemampuannya untuk memberikan hasil yang akurat dengan peralatan yang relatif sederhana.

Bab III: Metodologi Praktikum

3.1 Alat dan Bahan

Oven atau sumber pemanas untuk memanaskan sampel
Termometer digital atau pyrometer untuk mengukur suhu
Alat pengukur suhu kontak (misalnya, thermocouple)
Sampel bahan padat (misalnya, lembaran logam) dengan ketebalan $d$ yang diketahui
Alat ukur dimensi (mikrometer) untuk mengukur ketebalan dan luas penampang $A$
Isolasi termal untuk meminimalkan kehilangan panas ke lingkungan
Power supply dan timer (jika diperlukan)

3.2 Prosedur Praktikum

Persiapan Sampel:
- Ukur dan catat panjang awal, lebar, dan ketebalan sampel ( $d$ ).
- Pastikan sampel bersih dan bebas dari cacat permukaan.
Pengaturan Eksperimen:
- Tempatkan sampel di antara dua blok dengan satu sisi dipanaskan (sumber panas) dan sisi lainnya didinginkan (dengan pendingin atau kontak dengan lingkungan yang lebih dingin).
- Pastikan isolasi termal dipasang agar sistem mencapai kondisi steady-state.
Pengukuran Suhu:
- Setelah sistem mencapai kondisi steady-state, ukur suhu pada sisi panas ( $T_h$ ) dan sisi dingin ( $T_c$ ) menggunakan termometer digital.
Pengukuran Laju Aliran Panas:
- Laju aliran panas ( $Q/t$ ) dapat diukur secara langsung (jika menggunakan sensor aliran panas) atau dihitung berdasarkan daya pemanas yang diketahui.
Perhitungan Konduktivitas Termal:
- Gunakan persamaan Fourier untuk menghitung konduktivitas termal: $k = \frac{Q/t \cdot d}{A \, (T_h - T_c)}$
Pengulangan:
- Ulangi pengukuran beberapa kali untuk memperoleh nilai rata-rata dan mengurangi error.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data dikumpulkan dengan mencatat nilai $T_h$ , $T_c$ , $d$ , $A$ , serta laju aliran panas $Q/t$ untuk setiap percobaan. Data tersebut diolah untuk menghitung nilai $k$ dan dibandingkan dengan nilai literatur untuk material yang diuji.

Bab IV: Hasil dan Pembahasan

4.1 Penyajian Data

Misalkan data pengukuran (nilai fiktif) sebagai berikut:

Parameter	Nilai	Satuan
Ketebalan sampel ( $d$ )	2.0	mm
Luas penampang ( $A$ )	50.0	cm²
Sisi panas ( $T_h$ )	80	°C
Sisi dingin ( $T_c$ )	30	°C
Laju aliran panas ( $Q/t$ )	1000	W/m²

Catatan: Konversikan satuan: $d = 2.0\,\text{mm} = 0.002\,\text{m}$ ; $A = 50.0\,\text{cm}^2 = 0.005\,\text{m}^2$ .

4.2 Perhitungan

Dengan menggunakan persamaan:

k = \frac{Q/t \cdot d}{A \, (T_h - T_c)}

Substitusi nilai:

k = \frac{1000\,\text{W/m}^2 \times 0.002\,\text{m}}{0.005\,\text{m}^2 \times (80 - 30)\,°C} = \frac{2}{0.005 \times 50} = \frac{2}{0.25} = 8\,\text{W/(m·K)}

4.3 Analisis Data

Analisis Hasil:
Perhitungan menghasilkan nilai konduktivitas termal sebesar 8 W/(m·K). Nilai ini kemudian dibandingkan dengan nilai literatur untuk material yang diuji (misalnya, untuk beberapa jenis logam, nilai konduktivitas termal bisa berada pada rentang 10–400 W/(m·K), sehingga perlu disesuaikan dengan material spesifik).
Evaluasi Sumber Kesalahan:
Kesalahan potensial dapat berasal dari ketidakakuratan pengukuran suhu, fluktuasi daya pemanas, dan ketidakseragaman kontak antara sampel dan blok pengukur. Pengulangan pengukuran dan kalibrasi peralatan dapat meningkatkan akurasi hasil.

Bab V: Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Metode steady-state telah berhasil digunakan untuk mengukur perbedaan suhu dan laju aliran panas melalui sampel bahan padat.
Berdasarkan data eksperimen, nilai konduktivitas termal sampel dihitung sebesar 8 W/(m·K).
Hasil pengukuran, meskipun berbeda dari nilai literatur material tertentu, menunjukkan tren yang konsisten dengan teori perpindahan panas melalui konduksi.

5.2 Saran

Lakukan pengulangan percobaan untuk memperoleh nilai rata-rata yang lebih akurat.
Pastikan isolasi termal optimal untuk mengurangi kehilangan panas ke lingkungan.
Gunakan alat pengukur dengan resolusi tinggi, terutama untuk pengukuran suhu dan daya, untuk mengurangi error.

Daftar Pustaka

Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. (2002). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Wiley.
Holman, J. P. (2010). Heat Transfer. McGraw-Hill Education.
[Referensi tambahan sesuai dengan materi praktikum]

Lampiran

Data Mentah: Tabel lengkap hasil pengukuran suhu, daya, ketebalan, dan luas penampang untuk setiap percobaan.
Grafik: Plot hubungan antara $T_h - T_c$ dan laju aliran panas, jika diperlukan untuk analisis.
Foto Dokumentasi: Gambar setup eksperimen, termasuk oven, sampel, dan alat ukur suhu.

Sekian artikel Laporan Praktikum Pengukuran Konduktivitas Termal Bahan Padat Menggunakan Metode Steady-State kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.

Anda sekarang membaca artikel Laporan Praktikum Pengukuran Konduktivitas Termal Bahan Padat Menggunakan Metode Steady-State dengan alamat link https://praktikum-laporan.blogspot.com/2025/02/laporan-praktikum-pengukuran.html