Pengukuran Koefisien Ekspansi Termal Benda Padat Menggunakan Metode Dilatasi ~ Laporan Praktikum

Pengukuran Koefisien Ekspansi Termal Benda Padat Menggunakan Metode Dilatasi

ABSTRAK

Praktikum ini bertujuan untuk mengukur koefisien ekspansi termal suatu benda padat menggunakan metode dilatasi. Sampel benda padat (misalnya, batang logam) dipanaskan secara bertahap dalam rentang suhu tertentu, dan perubahan panjangnya ( $\Delta L$ ) diukur dengan menggunakan alat ukur presisi (misalnya, dial gauge atau mikrometer). Dengan mengetahui panjang awal ( $L_0$ ) dan perubahan suhu ( $\Delta T$ ), koefisien ekspansi termal ( $\alpha$ ) dihitung menggunakan persamaan:

$\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \cdot \Delta T}$

Hasil praktikum dibandingkan dengan nilai literatur untuk menilai keakuratan metode. Perbedaan yang muncul diduga disebabkan oleh faktor eksperimental seperti fluktuasi suhu, kehilangan panas, dan ketidakseragaman sampel.

KATA PENGANTAR

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

Bab I: Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Koefisien ekspansi termal adalah parameter penting yang menggambarkan perubahan dimensi benda padat akibat perubahan suhu. Dalam aplikasi teknik, pengetahuan tentang ekspansi termal sangat penting untuk perancangan struktur, mesin, dan peralatan yang bekerja pada rentang suhu yang bervariasi. Metode dilatasi merupakan salah satu teknik yang umum digunakan untuk mengukur perubahan panjang ( $\Delta L$ ) sampel ketika mengalami perubahan suhu ( $\Delta T$ ). Dengan mengetahui panjang awal ( $L_0$ ) dan perubahan suhu, nilai koefisien ekspansi termal ( $\alpha$ ) dapat dihitung.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana cara mengukur perubahan panjang ( $\Delta L$ ) pada benda padat ketika dipanaskan?
Bagaimana menghitung koefisien ekspansi termal ( $\alpha$ ) menggunakan data pengukuran panjang awal, perubahan panjang, dan perubahan suhu?
Apakah nilai $\alpha$ yang diperoleh mendekati nilai literatur untuk material yang diuji?

1.3 Tujuan Praktikum

Mengukur perubahan panjang ( $\Delta L$ ) sampel benda padat akibat perubahan suhu.
Menghitung nilai koefisien ekspansi termal ( $\alpha$ ) menggunakan persamaan $\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \cdot \Delta T}$ .
Membandingkan hasil eksperimen dengan nilai literatur untuk material yang diuji.

1.4 Manfaat Praktikum

Memperdalam pemahaman mengenai sifat termal benda padat dan fenomena ekspansi dimensi akibat perubahan suhu.
Melatih keterampilan pengukuran menggunakan alat ukur presisi.
Menjadi dasar untuk perancangan dan analisis material dalam aplikasi teknik dan rekayasa.

1.5 Batasan Masalah

Pengukuran dilakukan pada kondisi suhu ruang yang terkontrol dan dengan isolasi termal yang baik.
Asumsi bahwa perubahan panjang hanya disebabkan oleh ekspansi termal, tanpa pengaruh deformasi mekanis lainnya.
Alat ukur dianggap memiliki akurasi tinggi, dan konstanta kalibrasi viskometer sudah diketahui.

Bab II: Tinjauan Pustaka

2.1 Koefisien Ekspansi Termal

Koefisien ekspansi termal ( $\alpha$ ) didefinisikan sebagai perubahan relatif panjang per satuan perubahan suhu:

$\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \cdot \Delta T}$

Nilai $\alpha$ bergantung pada jenis material dan struktur kristalnya.

2.2 Metode Dilatasi

Metode dilatasi merupakan teknik pengukuran perubahan dimensi benda padat akibat perubahan suhu. Alat yang digunakan (dilatometer) memungkinkan pengukuran perubahan panjang yang sangat kecil dengan ketelitian tinggi.

2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pengukuran

Suhu: Viskositas, konduktivitas termal, dan kondisi lingkungan dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
Alat Ukur: Akurasi dan resolusi alat ukur seperti mikrometer atau dial gauge sangat berpengaruh.
Kalibrasi: Kalibrasi awal alat pengukuran sangat penting untuk memperoleh data yang valid.

Bab III: Metodologi Praktikum

3.1 Alat dan Bahan

Dilatometer atau alat pengukur panjang presisi (misalnya, mikrometer/dial gauge)
Sampel benda padat (misalnya, batang logam)
Oven atau sumber pemanas untuk mengubah suhu sampel
Termometer digital atau pyrometer
Labu ukur, pipet, dan timbangan (jika diperlukan untuk persiapan sampel)

3.2 Prosedur Praktikum

Persiapan Sampel dan Alat:
- Ukur panjang awal sampel ( $L_0$ ) dengan alat pengukur presisi.
- Pastikan sampel dalam kondisi bersih dan bebas dari deformasi mekanis.
Pemanasan Sampel:
- Tempatkan sampel di dalam oven dan panaskan hingga mencapai suhu target yang telah ditentukan.
- Catat perubahan suhu ( $\Delta T$ ) menggunakan termometer digital.
Pengukuran Perubahan Panjang:
- Setelah sampel mencapai suhu tertentu, ukur kembali panjangnya untuk mendapatkan nilai panjang akhir.
- Hitung perubahan panjang ( $\Delta L = L_{\text{akhir}} - L_0$ ).
Perhitungan Koefisien Ekspansi:
- Hitung koefisien ekspansi termal menggunakan persamaan: $\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \cdot \Delta T}$
Pengulangan:
- Lakukan pengukuran untuk beberapa rentang suhu untuk memperoleh nilai rata-rata $\alpha$ .

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data dikumpulkan dengan mencatat nilai $L_0$ , $L_{\text{akhir}}$ , dan $\Delta T$ dari pengukuran. Data tersebut diolah untuk menghitung $\Delta L$ dan akhirnya $\alpha$ menggunakan persamaan di atas.

Bab IV: Hasil dan Pembahasan

4.1 Penyajian Data

Misalkan data pengukuran (nilai fiktif) sebagai berikut:

Parameter	Nilai	Satuan
Panjang awal ( $L_0$ )	100.0	mm
Suhu awal	25	°C
Suhu akhir	75	°C
Perubahan suhu ( $\Delta T$ )	50	°C
Panjang akhir ( $L_{\text{akhir}}$ )	100.12	mm
Perubahan panjang ( $\Delta L$ )	0.12	mm

4.2 Perhitungan

Menghitung koefisien ekspansi termal:

$\alpha = \frac{\Delta L}{L_0 \cdot \Delta T} = \frac{0.12 \, \text{mm}}{100.0 \, \text{mm} \times 50 \, °C} = \frac{0.12}{5000} = 2.4 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$

4.3 Pembahasan

Analisis Data:
Data menunjukkan bahwa sampel mengalami perubahan panjang sebesar 0.12 mm ketika suhu meningkat 50 °C, sehingga koefisien ekspansi termal dihitung sebesar $2.4 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$ .
Perbandingan dengan Nilai Literatur:
Nilai $2.4 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$ dapat dibandingkan dengan nilai literatur untuk jenis logam yang digunakan. Jika sampel adalah alumunium, nilai literatur berkisar di sekitar $2.4 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$ hingga $2.5 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$ , sehingga hasil praktikum sesuai dengan harapan.
Evaluasi Sumber Kesalahan:
Potensi kesalahan dapat berasal dari ketidakakuratan pengukuran panjang, fluktuasi suhu selama percobaan, dan kehilangan panas ke lingkungan. Pengulangan pengukuran dan penggunaan alat dengan resolusi lebih tinggi dapat meningkatkan akurasi hasil.

Bab V: Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Metode dilatasi berhasil digunakan untuk mengukur perubahan panjang sampel akibat perubahan suhu.
Berdasarkan data yang diperoleh, koefisien ekspansi termal sampel dihitung sebesar $2.4 \times 10^{-5} \, °C^{-1}$ , yang sesuai dengan nilai literatur untuk material yang diuji.
Pengulangan pengukuran dan pengendalian kondisi suhu sangat penting untuk memperoleh hasil yang akurat.

5.2 Saran

Lakukan kalibrasi alat ukur panjang secara berkala untuk memastikan akurasi pengukuran.
Pastikan kondisi eksperimental terisolasi dengan baik untuk meminimalkan kehilangan panas ke lingkungan.
Lakukan pengulangan percobaan pada beberapa rentang suhu untuk memperoleh nilai rata-rata yang lebih representatif.

Daftar Pustaka

Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics. Wiley.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2010). Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning.
[Referensi tambahan sesuai dengan materi praktikum]

Lampiran

Data Mentah: Tabel lengkap hasil pengukuran panjang awal, panjang akhir, dan suhu selama percobaan.
Grafik: Plot perubahan panjang terhadap perubahan suhu jika dilakukan pengukuran dinamis.
Foto Dokumentasi: Gambar setup percobaan, termasuk alat ukur, oven, dan sampel.

Sekian artikel Pengukuran Koefisien Ekspansi Termal Benda Padat Menggunakan Metode Dilatasi kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.

Anda sekarang membaca artikel Pengukuran Koefisien Ekspansi Termal Benda Padat Menggunakan Metode Dilatasi dengan alamat link https://praktikum-laporan.blogspot.com/2025/02/pengukuran-koefisien-ekspansi-termal.html