KELOMPOK 2 Maria Oktaviani
140310110018
Naely Zulfa
140310110024
M. Hilmi Zulkifli
140310110038
M. Jahid Akbar
140310100006
SIFAT TERMAL BAHAN
Sifat termal bahan dikaitkan dengan yang namanya perpindahan kalor. Sifat thermal, yaitu tanggapan material terhadap penambahan energi secara thermal (pemanasan). Sejumlah energi bisa ditambahkan ke dalam material melalui pemanasan, medan listrik, medan magnit, bahkan gelombang cahaya seperti pada peristwa photo listrik yang telah kita kenal. Tanggapan padatan terhadap macammacam tambahan energi tersebut tentulah berbeda. Pada penambahan energi melalui pemanasan misalnya, tanggapan padatan termanifestasikan mulai dari kenaikan temperatur sampai pada emisi thermal tergantung dari besar energi yang masuk. Pada peristiwa photolistrik tanggapan tersebut termanifestasikan sebagai emisi elektron dari permukaan metal tergantung dari frekuensi cahaya yang kita berikan, yang tidak lain adalah besar energi yang sampai ke permukaan metal. Dalam padatan, terdapat dua kemungkinan penyimpanan energi thermal; yang pertama adalah penyimpanan dalam bentuk vibrasi atom / ion di sekitar posisi keseimbangannya, dan yang kedua berupa energi kinetik yang dikandung oleh electron bebas. Ditinjau secara makroskopis, jika suatu padatan menyerap panas maka energi internal yang ada dalam padatan meningkat yang diindikasikan oleh kenaikan temperaturnya. Koefisien daya hantar berlainan dengan koefisien muai panas, walaupun keduanya dipengaruhi oleh suhu. Naiknya suhu suatu bahan/material, maka akan mengakibatkan perubahan susunan atom yang mengiringi pencairan pencairan dan pengaturan kembali susunan atom-atom yang diakibatkan perubahan suhu, yang pada akhirnya akan mengganggu daya hantar panas bahan tersebut. Sifat termal dapat juga didefinisikan sebagai sifat yang menunjukkan respon material terhadap panas yang diterima suatu bahan/material. Untuk mengetahui sifat termal suatu bahan, maka perlu dibedakan antar temperatur/suhu dengan kandungan kalor. Temperatur / suhu adalah tinggi rendahnya (level ) thermal dari suatu aktivitas, sedangkan kandungan kalor adalah besarnya energi thermal. Sifat termal yang akan dibahas disini adalah: a.
Kapasitas Panas
b. Pemuaian termal
c.
Konduktivitas termal
d. Stress akibat pengaruh termal Sifat termal lain yang secara alami ter dapat pada bahan : a.
Titik leleh/beku
b. Panas laten c.
Panas respirasi
d. Panas adsorpsi e. Koefisien ekspansi panas f.
Konstanta dielektrik
g.
Emisivitas
h. Absorpsivitas (pindah panas radiasi)
Namun sifat-sifat diatas jarang digunakan dalam aplikasi perpindahan panas, disini hanya akan dibahas 4 macam pembahasan saja.
A. Kapasitas Panas
1. Kapasitas Panas Adalah sifat yang mengindikasikan kemampuan materi untuk menyerap panas. Kapasitas panas (heat capacity) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur padatan sebesar satu derajat K. Konsep mengenai kapasitas panas dinyatakan dengan dua cara, yaitu a.
Kapasitas panas pada volume konstan, Cv. Dengan E adalah energi internal padatan yaitu total energi yang ada dalam padatan baik dalam bentuk vibrasi atom maupun energi kinetik elektron bebas.
b.
Kapasitas panas pada tekanan konstan, Cp Dengan H adalah enthalpi. Pengertian enthalpi dimunculkan dalam thermodinamika karena sesungguhnya adalah amat sulit meningkatkan kandungan energi internal pada tekanan konstan. Jika kita masukkan energi panas ke sepotong logam, sesungguhnya energi yang kita masukkan tidak hanya meningkatkan energi internal melainkan juga untuk melakukan kerja pada waktu pemuaian terjadi. Pemuaian adalah perubahan volume, dan pada waktu volume berubah dibutuhkan energi sebesar perubahan volume kali tekanan udara luar dan energi yang diperlukan ini diambil dari energi yang kita masukkan. Oleh karena itu didefinisikan enthalpi guna mempermudah analisis, yaitu H=E+PV dengan P adalah tekanan dan V adalah volume.
Jika perubahan volume juga bisa diabaikan maka
kapasitas panas pada tekanan konstan
dapat dianggap sama dengan kapasitas panas pada volume konstan. 2.
Panas Spesifik Panas spesifik (specific heat) adalah kapasitas panas per satuan massa per derajat K, yang juga
sering dinyatakan sebagai kapasitas panas per mole per derajat K. Untuk membedakan dengan kapasitas panas yang ditulis dengan huruf besar (Cv dan Cp), maka panas spesifik dituliskan dengan huruf kecil (cv dan cp). Panas spesifik juga dapat diartikan sebagai Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat dinamakan panas jenis dari bahan tersebut. Sehingga, jika panas sejumlah Q ditambahkan ke suatu bahan bermassa m yang mempunyai panas jenis c, perubahan suhu ΔT = Tawal – Takhir.
Di dalam sistem MKS, satuan untuk panas adalah kilokalori dan didefinisikan sedemikian hingga panas jenis air adalah satu yang bermakna bahwa apabila satu kilokalori panas diberikan kepada satu kilogram air, maka suhu air akan naik sebesar satu derajat Celsius. Apabila dua atau lebih zat dengan suhu yang berbeda‐beda dicamp urkan, mereka akan
setimbang termal setelah beberapa saat karena panas akan mengalir dari zat bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah sampai semua zat mempunyai suhu yang sama. Jika bahan‐bahan
penyusun sistem diisolasi sedemikian hingga tidak ada pertukaran panas dengan lingkungannya, proses tersebut dinamakan adiabatik. Karena panas merupakan satu bentuk dari energi, hokum kekekalan energi mensyaratkan bahwa untuk suatu proses adiabatik jumlah seluruh perpindahan panas antar penyusun sistem harus sama dengan nol. Catatan: jika panas ditambahkan kepada suatu sistem, maka Tak > Taw dan Q bernilai positif; jika panas diambil dari sistem maka Tak < Taw dan Q bernilai negatif. B. Pemuaian Termal
1. Pemuaian termal Suatu benda dapat mengalami muai panas (Thermal Expansion), yaitu pemuaian yang dialami bahan ketika mengalami perlakuan termal.Besarnya pemuaian bahan / material ditentukan oleh jenis benda, ukuran benda mula-mula, dan besarnya kalor yang diberikan. Pemuaian ini dapat mengakibatkan pertambahan panjang (∆l) dan juga pertambahan volume yang dipengaruhi oleh koefisien muai panjang dan koefisien muai volume suatu zat. Daya hantar panas (Thermal Conductivity) merupakan kemampuansuatu material atau bahan dalam meneruskan panas, yang biasanya terjadi pada benda padat, dan biasanya terjadi secara konduksi. 1.1 KOEFISIEN MUAI LINIER Peristiwa yang mengikuti penambahan temperatur pada bahan adalah perubahan ukuran dan keadaannya. Gaya antar atom dipandang sebagai kumpulan pegas yang menjadi penghubung antar
atom bahan. Pada setiap temperatur atom padatan tersebut akan bergetar. Kenaikan temperatur akan mengakibatkan penambahan jarak rata-rata atar atom bahan.
Hal ini mengakibatkan terjadinya
pemuaian (ekspansi) pada seluruh komponen padatan tersebut. Perubahan ukuran pada dimensi linier disebut sebagai muai linier. Jika panjang dimensi linier bahan adalah l, maka perubahan panjang akibat perubahan temperatur ∆T adalah sebesar ∆l. Untuk perubahan temperatur yang kecil, maka pertambahan panjang
pada temperatur tertentu (lt) akan sebanding dengan perubahan temperatur dan panjang mula-mula (l0 ). α adalah koefisien muai linier yang memiliki nilai berbeda untuk masing-masing bahan. C. Konduktifitas Termal
konduktivitas termal Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas. Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal yang kecil merupakan merupakan penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk). 1.
Faktor konduktivitas termal
a. Suhu Konduksi termal akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu b. Kandungan uap air Konduksi Termal akan meningkat seiring me ningkanta kandungan kelembaman.Bila nilai (k) besar maka merupakan pengalir yg baik,tetapi bila nilai (k) kecil maka bukan pengalir yg baik. c.Berat jenis Nilai konduktifitas termal akan berubah bila berat jenisnya berubah. Semakin tinggi berat jenis makan semakin baik pengalir konduktifitas terse but. d. Keadaan pori-pori bahan Bila semakin besar rongga maka akan semakin buruk konuktifitas termalnya. 2. Mekanisme konduktivitas termal Panas diangkut dalam bahan padat oleh kedua gelombang getaran kisi (fonon) dan elektron bebas. Konduktivitas termal berhubungan dengan masing-masing mekanisme ini dan konduktivitas total jumlah kontribusi keduanya.Dimana k1 mewakili getaran kisi dan konduktivitas termal elektron.energi termal
yang terkait dengan fonon atau gelombang kisi diangkut dalam arah gerak mereka. Hasil kontribusi k1 dari gerakan bersih fonon dari tinggi ke suhu rendah dari tubuh dalam gradiens suhu. Elektron bebas dapat berpartisipasi dalam konduksi termal elektronik, dengan elektron bebas di daerah spesimen panas
smapai mendapatkan
keuntungan energi kinetik.kemudian bermigrasi ke
daerah dingin, di mana beberapa energi kinetika akan dipindahkan ke atom sendiri (sebagai energi getaran) sebagai akibat tumbukan dengan fonon atau ketidaksempurnaan lain dalam kristal. Kontribusi relatif ke, untuk meningkatkan total konduktivitas termal dengan meningkatnya konsentrasi elektron bebas, karena lebih banyak elektron yang tersedia untuk berpartisipasi dalam proses transferrence panas.
D. Stress akibat pengaruh termal
Definisi: Tegangan yang terjadi pada bahan (zat padat) sebagai akibat dari perubahan suhu.
σ = stress
E = modulus elastisitas bahan Thermal Shock of Brittle Materials Kekuatan bahan untuk menahan shock termal disebut resistansi shock termal (thermal shock re sistance [TSR])
Kesimpulan: Heat Capacity
Heat capacity represents the quantity of heat required to produce a unit rise in temperature for one mole of a substance; on a per-unit m ass basis, it is termed specific heat. Thermal Expansion
Thermal expansion is reflected by an increase in the average interatomic separation, which is a consequence of the asymmetric nature of the potential energy versus interatomic spacing curve trough. Thermal Conductivity
The transport of thermal energy from high- to low-temperature regions of a material is termed thermal conduction. Thermal Stresses
Thermal stresses, which are introduced in a body as a consequence of temperature changes, may lead to fracture or undesirable plastic deformation.
