I. Tujuan Percobaan:

Mengamati perpindahan kalor pada zat cair dan gas

II. Landasan Teori

Konveksi merupakan bentuk dominan perpindahan kalor pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya gerakan fluida yang berbeda massa jenis.

(Sunardi. 2007; 246)

Contoh peristiwa Konveksi

Angin laut bertiup pada siang hari. Daratan yang memiliki kalor jenis kecil, pada siang hari lebih cepat menyerap panas matahari dibandingkan dengan lautan yang memiliki kalor jenis besar. Dengan demikian, suhu udara di atas daratan lebih tinggi daripada suhu udara di atas permukaan laut. Daratan yang mempunyai suhu lebih tinggi menyebabkan tekanan udaranya lebih kecil daripada tekanan udara di atas laut dengan suhu udara lebih rendah. Karena tekanan udara di atas laut lebih besar, terjadilah aliran udara dari laut ke darat. Udara yang mengalir dari laut ke darat disebut angin laut. Sebaliknya, pada malam hari, daratan yang memiliki kalor jenis kecil lebih cepat melepas panas dibandingkan dengan lautan yang memiliki kalor jenis besar. Dengan demikian, suhu udara di atas daratan lebih rendah daripada suhu udara di atas lautan. Karena suhu udara di atas lautan tinggi, tekanan udaranya rendah. Terjadilah aliran udara dari darat ke laut. Udara yang mengalir dari darat ke laut disebut angin darat.

Laju perpindahan kalor pada peristiwa konveksi tergantung pada :

· Luas permukaan benda,

· Selisih suhu antara dua bidang

· Jenis fluida.

Konveksi dibedakan menjadi konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak keatas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dinggin yang jatuh kebawah karena massa jenisnya lebih besar. Peristiwa ini mirip dengan mengapungnya suatu benda karena massa jenis benda lebih kecil daripada zat cair.

Pada gambar diatas ditunjukkan suatu demontrasi untuk mengamati konveksi alami dalam air. Ketika air yang diberi zat warna dipanasi, massa jenis air pada bagian itu menjadi lebih kecil sehingga air bergerak naik keata. Tempatnya digantikan oleh air dinggin yang massa jenisnya lebih besar. Di dalam air terbentuk lintasa tertutup yang ditunjukkan oleh arah anak panah, disebut arus konveksi.

Dalam konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Contoh konveksi paksa adalah sistem pendingin mobil, dimana air diedarkan di dalam pipa-pipa air oleh bantuan sebuah pompa air. Panas mesin yang tidak dikehendaki dibawa oleh sirkulasi air menuju ke radiator. Di dalam sirip-sirip radiator ini air hangat didinginkan oleh udara. Air yang dingin kembali menuju pipa-pipa air yang bersentuhan denagn blok-blok mesin untuk mengulang siklus berikutnya. Perlu diperhatikan bahwa radiator berfungsi sebagai penukar kalor. Jadi, fungsi radiator adalah menjaga suhu mesin agar tidak melampaui batas desain, sehingga mesin tidak rusak karena pemanasan lebih.

(Marthen Kanginan. 2004; 74-75)

Teori matematis konveksi panas sangat ruwet sekali. Tidak ada persamaan sederhana untuk konveksi. Ini disebabkan oleh karena panas yang diperoleh atau yang hilang dari suatu permukaan yang berhubungan pada suatu suhu dengan suatu fluida yang bersuhu lain, bergantung dengan berbagai keadaan, misalnya saja

1. Apakah permukaan itu datar atau melengkung

2. Apakah permukaan itu horizon atau vertikal

3. Apakah fluida yang bersentuhan dengan permukaan itu gas atau cairan

4. Rapat-massa, viskositas, panas jenis, dan konduktivitas termal fluida itu

(Sears. Zemansky. 1982; 396-397)

Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda (A yang bersentuhan dan beda suhu Δt antara benda dengan fluida. Banyak kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut

H = hA ΔT

Nilai h bergantung kepada bentuk dan kedudukan permukaan yang bersentuhan dengan fluida. Besarnya nilai h didapat dari hasil percobaan.

(Drs. Edi Istiyono, M. Si. 2004; 38)

III. Alat dan Bahan

No	Nama Alat dan Bahan	Jumlah
1	Dasar statif	1
2	Kaki statif	1
3	Batang statif pendek	1
4	Batang statif panjang	1
5	Boss-head	1
6	Alat konveksi zat cair	1
7	Klem universal	1
8	Pembakar spiritus	1
9	Air	-
10	Tembakau	-
11	Obat nyamuk	1

IV. Persiapan percobaan:

a. Langkah percobaan

v Konveksi gas

1. Dilepaskan pipa plastic dari alat konveksi zat cair

2. Dipanaskan bagian tepi pipa logam dekat ujung A dengan pembakar spiritus (gambar 1)

3. Diletakkan/ dipanaskan asap obat nyamuk didepan mulut (lubang( ujung pipa A.

4. Diamati apa yang terjadi dengan arah aliran asap obat nyamuk.

v Konveksi zat cair

1. Dipasang kembali pipa plastic pada alat konveksi zat cair seperti keadaan semula (gambar 1)

2. Diisi alat konveksi dengan air sampai hampir penuh.

3. Panaskan pada tepi logam beberapa saat sampai pipa agak panas.

4. Taburkan sekam padi pada lubang pipa dan amati apa yang terjadi di sepanjang alat konveksi

V. Hasil Pengamatan:

Ø Konveksi Gas (udara)

Arah aliran asap obat nyamuk masuk menuju alat zat cair tetapi hanya sedikit. Asap obat nyamuk seolah-olah tersedot masuk kedalam alat konveksi zat cair (dari titik A ke titik B)

Ø Konveksi Zat Cair

Aliran zat cair dan serbuk tembakau dari ujung pipa A mejunu ke Ujung pipa B kemudian akan kembali lagi menuju pipa A. aliran serbuk tembakau mengikuti aliran zat cair yang telah dipanaskan, sehingga dapat disimpulkan bahwa aliran serbuk tembakau akan mengikuti aliran zat cair.

v Pembahasan

Pada percobaan ini tujuannya adalah mengamati perpindahan kalor pada zat cair dan gas. Ada dua pengamatan pada percobaan tentang konveksi ini, yaitu Konveksi Gas dan Konveksi zat Cair.

· Konveksi Gas (udara)

Pada percobaan konveksi gas, asap obat nyamuk bergerak memutar vertical dalam alat. Udara yang dibawah dekat sumber panas suhunya tinggi, volumenya memuai, sehingga massa jenisnya kecil. Udara yang diatas suhunya lebih rendah daripada yang dibawah, sehingga massa jenis air diatas lebih besar daripada udara di bawah, akibatnya terjadi aliran udara dari bawah ke atas dan dari atas ke bawah.

· Konveksi Zat Cair

Pada percobaan konveksi gas, sama dengan percobaan konveksi gas, hanya mediumnya yang berbeda. Serbuk tembakau bergerak dari bawah ke atas dan yang di atas turun kebawah. Air yang di bawah dekat dengan sumber panas suhunya tinggi, volumenya memuai, sehingga massa jenisnya kecil. air yang diatas suhunya lebih rendah daripada yang dibawah, sehingga massa jenis air di atas lebih besar daripada air di bawah, akibatnya terjadi aliran serbuk tembakau dari bawah ke atas dan dari atas ke bawah.

Pada gambar diatas ditunjukkan suatu demontrasi untuk mengamati konveksi alami dalam air. Ketika air yang diberi zat warna dipanasi, massa jenis air pada bagian itu menjadi lebih kecil sehingga air bergerak naik keata. Tempatnya digantikan oleh air dinggin yang massa jenisnya lebih besar. Di dalam air terbentuk lintasa tertutup yang ditunjukkan oleh arah anak panah, disebut arus konveksi.

Dari percobaan yang telah dilakukan, konveksi dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat.

Konveksi dibedakan menjadi konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak keatas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dinggin yang jatuh kebawah karena massa jenisnya lebih besar. Dalam konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa.

Percobaan yang kita lakukan adalah contoh dari konveksi alamiah. Konveksi alamiah yang terjadi pada zat cair dan gas yang terjadi karena bagian fluida dan udara memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak keatas.

Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda (A yang bersentuhan dan beda suhu Δt antara benda dengan fluida. Banyak kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut

H = hA ΔT

Nilai h bergantung kepada bentuk dan kedudukan permukaan yang bersentuhan dengan fluida. Besarnya nilai h didapat dari hasil percobaan.

VI. Kesimpulan dan Saran:

a. Kesimpulan

· Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat.

· Konveksi dibedakan menjadi konveksi alamiah dan konveksi paksa.

· Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda (A yang bersentuhan dan beda suhu Δt antara benda dengan fluida. Banyak kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut

H = hA ΔT

Nilai h bergantung kepada bentuk dan kedudukan permukaan yang bersentuhan dengan fluida. Besarnya nilai h didapat dari hasil percobaan.

b. Saran

a. Sebelum melakukan praktikum, pratikan harus memahami dahulu materi yang akan dipraktikumkan, agar dalam pelaksanaan praktikum berjalan dengan lancar

b. Praktikan juga harus berhati – hati dalam menggunakan alat, karena jika terjadi kesalahan pada saat melakukan praktikum dapat membahayakan praktikan

DAFTAR PUSTAKA

Istiyono. Edi, M. Si, Drs. 2004. Sains FISIKA SMA Kelas X. Klaten: Intan Pariwara

Kanginan, Marthen. 2004. Fisika Untuk SMA Kelas X. Jakarta: Erlangga Sunardi. 2007. Fisika Bilingual Untuk SMA Kelas X. Bandung: Yrama Widya

Zemansky, sears. 1982. Fisika Untuk Universitas 1. Bandung: Bina Cipta