Download Modul 05 - Ekspansi Termal Benda Padat

FI5181 – Praktikum Fisika
2023/2024
Modul 05
Ekspansi Termal Benda Padat
Program Studi Magister Pengajaran Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Bandung
MODUL 05
EKSPANSI TERMAL BENDA PADAT
A. TUJUAN
1. Mengukur ekspansi termal linier tabung kuningan dan baja sebagai fungsi dari
panjang keseluruhan.
2. Mengukur ekspansi termal linier tabung kuningan dan baja serta menentukan
koefisien.ekspansi liniernya
B. ALAT DAN BAHAN
1. 1 buah alat ekspansi
2. 1 buah holder untuk dial gauge
3. 1 buah dial gauge
4. 1 buah steam generator, 550W/230V
5. 1 buah silicone tube, diameter 7 x 1,5 mm, 1 m
6. 1 buah petri dish, 150 x 25 mm
7. 1 buah thermometer -100 to +1100 C
C. TEORI DASAR
Panjang 𝑠 benda padat bergantung secara linier pada suhu 𝜃:
(1)
𝑠 = 𝑠0 (1 − 𝛼. 𝜃 )
o
dengan 𝑠0 merupakan panjang pada 0 C dan 𝜃 adalah temperatur dalam Celsius.
Koefisien ekspansi linier 𝛼 ditentukan oleh bahan benda padat. Untuk perbedaan suhu
yang diberikan antara suhu kamar 𝜃1 dan suhu uap 𝜃2 , perubahan panjang Δ𝑠
berbanding lurus dengan panjang keseluruhan 𝑠1 pada suhu kamar:
(2)
Δ𝑠 ∝ 𝑠1
Secara khusus dapat kita tuliskan
Δ𝑠
1
(3)
𝛼=
.
𝑠1 𝜃2 − 𝜃1
Dalam percobaan ini, pengukuran ekspansi termal dilakukan pada tabung tipis
yang melaluinya uap dialirkan. Panjang efektif 𝑠1 dari setiap tabung dapat diatur sebagai
200, 400 atau 600 mm dengan memasangnya dengan cara yang sesuai. Dial gauge
dengan skala graduasi 0,01 mm digunakan untuk mengukur perubahan panjang.
Gambar 1. Ilustrasi eksperimen eskpansi termal benda padat.
Halaman | 1
FI5181 – Praktikum Fisika
2023/2024
Modul 05
Ekspansi Termal Benda Padat
D. TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan apa yang dimaksud ekspansi termal linier?
2. Apa yang dimaksud koefisien ekspansi termal?
3. Sebutkan apa saja faktor pendukung terjadinya ekspansi termal pada benda padat!
Jelaskan dan berikan contoh kasusnya!
4. Apa yang memmbedakan ekspansi pada benda padat, cair dan gas? Jelaskan!
5. Apa saja yang harus diperhatikan sebelum melakukan eksperimen kali ini?
6. Dapatkan referensi nilai koefisien ekspansi linear untuk kuningan, baja dan kaca!
7. Data apa saja yang akan kita peroleh pada percobaan kali ini?
8. Buat flowchat yang dapat mendeskripsikan percobaan modul ini dengan sederhana!
E. PROSEDUR PERCOBAAN
Gambar 2. Setup eksperimen untuk mengukur ekspansi termal linear dengan alat
ekspansi.
• Prosedur Keselamatan
1. Bahaya panas jika generator uap digunakan secara tidak benar.
2. Pastikan untuk membaca Lembar Instruksi untuk pembangkit uap sebelum
menggunakan peralatan ini.
•
Persiapan Awal
Atur percobaan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.
1. Sekrup pada dudukan dial gauge (e) (lihat Lembar Instruksi untuk peralatan
ekspansi) dan klem dial gauge pada tempatnya.
2. Pasang bantalan tetap (a) peralatan ekspansi pada tanda 600 dan geser ujung
terbuka tabung kuningan ke bantalan tetap.
3. Geser ujung tabung kuningan yang tertutup ke dalam fitting pemandu (b)
sehingga puting selang (f) mengarah ke samping ke bawah.
Halaman | 2
FI5181 – Praktikum Fisika
2023/2024
Modul 05
Ekspansi Termal Benda Padat
4. Kencangkan sekrup untuk memasang tabung kuningan pada bantalan tetap
(sekrup harus mengikat alur cincin tabung).
5. Masukkan bagian ekstensi (c) (lihat Lembar Instruksi untuk dial gauge).
6. Potong pipa silikon sepanjang 20 cm, geser bagiannya di atas puting selang (f)
dan letakkan cawan Petri di bawahnya untuk menangkap kondensasi.
7. Gunakan bagian tabung panjang untuk menghubungkan ujung terbuka tabung
kuningan ke pembangkit uap.
•
Langkah Percobaan
1. Ukur suhu awal air 𝜃1 dan tuliskan ini.
2. Baca dan tuliskan posisi nol dial gauge.
3. Isi generator uap dengan air sekitar 2 cm, tutup peralatan dan colokkan.
4. Baca dan tuliskan defleksi pointer maksimum dari dial gauge.
5. Biarkan tabung kuningan mendingin hingga mencapai suhu kamar.
6. Pasang bantalan tetap alat ekspansi pada tanda 400 dan kencangkan sekrup
sehingga mengikat alur cincin tabung.
7. Isi ulang pembangkit uap dengan air, periksa posisi nol dial gauge dan ulangi
pengukuran.
8. Pindahkan bantalan tetap ke tanda 200 dan ulangi percobaan.
9. Ganti tabung kuningan dengan tabung baja; pasang bantalan tetap pada tanda
600 dan ulangi pengukuran.
F. TUGAS LAPORAN
1. Catat suhu awal dan suhu akhir ketika percobaan dilakukan.
2. Hitung Δ𝜃 pada percobaan.
3. Tabulasikan data hasil percobaan pada tabel berikut.
Tabel 1. Ekspansi linier Δ𝑠 antara suhu kamar 𝜃1 dan suhu uap 𝜃2 sebagai fungsi
dari panjang efektif bahan 𝑠1
No
Material 𝒔𝟏 (𝑚𝑚) ∆𝒔 (𝒎𝒎)
𝜽𝟏 (°𝐶)
𝜽𝟏 (°𝐶) ∆𝒔(°𝐶)
1
Kuningan
600
2
Kuningan
400
3
Kuningan
200
4
Baja
600
5
Baja
400
6
Baja
200
4. Plot grafik perubahan Δ𝑠 dari kuningan, kaca dan baja sebagai fungsi dari
panjang 𝑠.
5. Lakukan perhitungan koefisien ekspansi untuk material yang berbeda. Lalu
bandingkan dengan referensinya.
Tabel 2. Koefisien ekspansi linier 𝛼 eksperimen dan referensi
Material
Pengukuran Referensi Error(%)
𝒔𝟏/𝒎𝒎
Kuningan
600
Besi
600
Kaca
600
Halaman | 3
FI5181 – Praktikum Fisika
2023/2024
Modul 05
Ekspansi Termal Benda Padat
G. ANALISIS
1. Lakukan tabulasi data pengukuran untuk kedua jenis material bahan. Apa yang
terjadi pada nilai ekspansi linear hasil eksperimen?
2. Buat grafik dari ekspansi linear dengan nilai panjangnya. Apa yang terjadi pada
grafik ketiga material yang diamati?
3. Bagaimana cara memperoleh nilai koefisien ekspansi linear? Jelaskan!
4. Apa kaitan antara koefisien ekspansi linear dengan ekspansi linear?
5. Sebutkan faktor apa saja yang mempengaruhi nilai ekspansi termal dan koefisien
ekspansi linear?
6. Apakah nilai yang diperoleh secara eksperimen sama dengan nilai referensi yang
diberikan? Jika berbeda mengapa dan jika sama mengapa?
7. Jelaskan faktor apa saja yang memengaruhi nilai galat dari eksperimen yang
dilakukan pada modul kali ini!
H. PUSTAKA
1. Mark W. Zemansky dan Richard H. Dittman. 1968., Heat And Thermodynamic.
America: McGraw-Hill Book.
2. Moran J., Shapiro N. M.,2006, Fundamentals of Engineering Thermodynamics 5th
Ed. UK : John Wiley and Sons.
3. Halliday dan Resnick., 1991, Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga
Halaman | 4