Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi, dan radiasi) - Pada pertemuan sebelumnya kita sudah pernah membahas tentang kalor, di kesempatan kali ini kita akan membahas Perpindahan Kalor. Ternyata kalor pun dapat berpindah tempat, pada artikel sebelumnya kita telah ketahui bersama kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dikarenakan terjadi perubahan suhu. Misalnya ketika kita sedang memasak air, kalor akan berpindah dari api ke panci lalu menuju air. Pada saat menyetrika juga, kalor yang dihasilkan akan berpindah dari setrika menuju pakaian yang di setrika. Dari contoh-contoh diatas maka kalor akan berpindah tempat, adapun kalor dapat merambat dengan tiga cara, konduksi (hantaran), konveksi (aliran), dan radiasi (pancaran). Kita akan membahas ketiga cara tersebut dibawah ini.
1. Konduksi (Hantaran)
Perpindahan kalor secara konduksi (hantaran) adalah perpindahan kalor melalui zatperantara dimana partikel-partikel zat perantara tersebut tidak berpindah. Adapun jenis zat ada juga yang zat yang memiliki daya hantar panas yang bagus dan ada juga yang kurang bagus. Berdasarkan daya hantar panasnya, maka zat dapat di kelompokkan menjadi dua yaitu:
a. Konduktor adalah zat yang dapat menghantarkan panas dengan baik. Bahan yang termasuk ke dalam konduktor adalah tembaga, aluminium, besi, dan baja.
b. Isolator adalah zat yang kurang baik menghantarkan panas. Bahan yang termasuk ke dalam isolator adalah kaca, karet, kayu, dan plastik.
Secara matematis rumus yang digunakan dalam perpindahan kalor secara konduksi jika dituliskan adalah sebagai berikut:
Dimana: T₁ = ujung batang logam bersuhu tinggi
T₂ = ujung batang logam bersuhu rendah
A = luas penampang hantaran kalor dan batang logam
L = panjang batang
K = koefisien koduksi termal
H = jumlah kalor yang merambat pada batang per satuan waktu per satuan luas
Dalam kehidupan sehari-hari, contoh peristiwa konduksi ini dapat kita jumpai ketika kita memasak makanan. Dimana ketika kita memasak makanan maka panci yang digunakan akan mendapat panas atau kalor di semua bagiannya, walaupun yang terkena api hanya bagian bawahnya saja. Selain itu perambatan panas juga mengalir pada sendok yang digunakan, sehingga sendok yang digunakan biasanya akan dilapisi dengan bahan isolator (tidak menghantarkan panas) pada bagian ujungnya. seperti plastik atau kayu. Berikut ini akan kita berikan nilai-nilai dari koefisien konduktivitas termal dari beberapa zat yang sering digunakan.
Contoh soal 1.
Batang logam dengan panjang 2 meter, memiliki luas penampang 20 cm² dan perbedaan temperaturnya pada kedua ujungnya adalah 50ºC. Jika koefisien konduksi termal 0,2 kal / msºC, tentukanlah jumlah kalor yang merambat per satuan luas per satuan waktu.
Diketahui: K = 0,2 kal / msºC
L = 2 meter
∆T = 50ºC
A = 20 cm² = 2 × 10⁻³ m²
Ditanya: H = ...?
Jawab
Jadi, jumlah kalor yang merambat sebesar 0,01 kal/s.
2. Konveksi (Aliran)
Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) adalah perpindahan kalor karena aliran zat yang dipanaskan Konveksi hanya akan terjadi pada zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair dan zat gas.
Secara matematis rumus yang digunakan dalam perpindahan kalor secara konveksi jika dituliskan adalah sebagai berikut:
Dimana: ∆T = perubahan suhu
A = luas penampang aliran
A = luas penampang aliran
h = koefisien konveksi termal
H = jumlah kalor yang berpindah per satuan waktu
Konveksi dalam zat cair
Penerapan konveksi kalor dalam air pada kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.
a. Pemanasan air dalam ketel
Saat memanaskan air di ketel, maka proses yang terjadi memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi.
b. Sistem aliran panas
Pada hotel-hotel berbintang, tiap-tiap kamar mandi biasanya kran air dingin dan kran air hangat. Air panas yang di alirkan dari tempat pemanasan dan penyimpanan air panas ke seluruh bangunan secara konveksi. Untuk sistem kerjanya bisa di lihat pada gambar dibawah ini.
Konveksi dalam udara
Penerapan konsep konveksi kalor dalam udara pada kehidupan sehari-hari dapat terlihat pada terjadinya angin laut, angin darat, dan pembuatan cerobong asap pada tungku pabrik.
a. Angin laut (terjadi di siang hari)
Pada siang hari daratan lebih cepat panas dari lautan, akibatnya udara diatas lautan naik, dan kemudian akan digantikan dengan udara yang lebih dingin dari atas laut yang tertiup menuju darat, sehingga terjadilah angin laut.
b. Angin darat (terjadi pada malam hari)
Pada malam hari daratan lebih cepat dingin dari lautan, karena lebih cepat melepaskan kalor. Akibatnya udara diatas lautan naik, dan kemudian akan digantikan dengan udara yang lebih dingin dari atas daratan yang tertiup menuju laut, sehingga terjadilah angin darat.
Contoh soal 2.
Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kal / msºC memiliki luas penampang 20 cm². Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu 100ºC ke dinding lainnya bersuhu 20ºC, kedua dinding sejajar. Berapa besar kalor yang di alirkan.
Diketahui: h = 0,01 kal / msºC
∆T = 100ºC - 20ºC = 80ºC
A = 20 cm² = 2 × 10⁻³ m²
Ditanya: H = ...?
Jawab
Jadi, jumlah kalor yang mengalir sebesar 16 × 10⁻⁴ kal/s.
Radiasi (Pancaran)
Matahari merupakan sumber energi utama bagi manusia di permukaan bumi. energi yang dipancarkan matahari sampai di bumi berupa gelombang elektromagnetik. Cara perambatan inilah yang disebut radiasi, yang tidak memrlukan adanya medium zat perantara.
Secara matematis rumus yang digunakan dalam memperoleh energi per satuan luas per satuan waktu jika dituliskan adalah sebagai berikut:
Dimana: W = energi yang dipancarkan (watt/m²)
𝜎 = konstanta Stefan-Boltzmann (5,672 × 10⁻⁸ watt/m²K⁴)
𝜎 = konstanta Stefan-Boltzmann (5,672 × 10⁻⁸ watt/m²K⁴)
T = suhu mutla (K)
e = koefisien emisivitas (0 < e < 1)
Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi, dan radiasi) - Demikianlah pembahasan singkat Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi, dan radiasi). Semoga artikel diatas dapat membantu teman setia Sains Seru. Jika ada yang kurang paham bisa lengsung di tanyakan di kolom komentar ya. Artikel disini akan terus di update, maka dari itu ikuti terus ya update arikel disini ya. See you.