Perpindahan Kalor
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dan berubah bentuk. Suatu proses perpindahan energi panas pada suatu zat atau dari satu zat ke zat lain disebut dengan perpindahan kalor. Dalam perpindahannya kalor dapat bergerak dengan adanya maupun tanpa adanya zat perantara.
Dalam
kehidupan kita sehari-hari, kita sering menjumpai alat-alat yang menggunakan
metode perpindahan kalor ini. Beberapa alat rumah tangga khususnya yang
berhubungan dengan memanaskan benda lain biasanya menggunakan metode
perpindahan kalor ini. Pemanfaatan kalor dalam kehidupan sehari-hari antara
lain pada termos, seterika, panci, dan alat-alat dapur lainnya. Pemanfaatan
kalor dalam kehidupan sehari-hari antara lain pada termos, seterika, panci, dan
alat-alat dapur lainnya.
Laju kalor dirumuskan
sebagai:
Keterangan:
H = Q / t
H = Q / t
H = Laju
kalor
Q = Kalor
t = Waktu
Kalor berpindah
melalui 3 cara:
1.
Konduksi
2.
Konveksi
3.
Radiasi
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat. Suatu zat dapat menghantar kalor disebut konduktor, seperti berbagai jenis logam. Sedangkan zat penghantar kalor yang buruk disebut isolator, pada umumnya benda-benda non logam. Contoh konduksi adalah memanaskan batang besi di atas nyala api. Apabila salah satu ujung besi dipanaskan, kemudian ujung yang lain dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang semakin panas. Hal ini menunjukkan bahwa kalor atau panas berpindah dari ujung besi yang dipanaskan ke ujung besi yang dipegang.
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat. Suatu zat dapat menghantar kalor disebut konduktor, seperti berbagai jenis logam. Sedangkan zat penghantar kalor yang buruk disebut isolator, pada umumnya benda-benda non logam. Contoh konduksi adalah memanaskan batang besi di atas nyala api. Apabila salah satu ujung besi dipanaskan, kemudian ujung yang lain dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang semakin panas. Hal ini menunjukkan bahwa kalor atau panas berpindah dari ujung besi yang dipanaskan ke ujung besi yang dipegang.
Faktor yang mempengaruhi laju kalor konduksi, yaitu:
1.
Beda suhu di
antara kedua permukaan ∆T = T1 – T2, makin besar beda
suhu, makin cepat perpindahan kalor.
2.
Ketebalan dinding
d, makin tebal dinding, makin pelan perpindahan kalor.
3.
Luas permukaan
A, makin besar luas permukaan, makin cepat perpindahan kalor.
4.
Konduktivitas
termal zat k, merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor, makin besar
nilai k, makin cepat perpindahan kalor.
Rumus:
H = Q / t = k . A . ∆T / d
k = Konduktifitas
termal zat ( W / m.k)
A = Luas (m2)
∆T = Selisih suhu ( K )
d = panjang ( m )
2. Konveksi
Merupakan
perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara.
Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah
perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan
perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Contoh konveksi dalam kehidupan
sehari-hari dapat dilihat pada proses pemasakan air, Saat air dimasak maka air
bagian bawah akan lebih dulu panas, saat air bawah panas maka akan bergerak ke
atas (dikarenakan terjadinya perubahan masa jenis air) sedangkan air yang
diatas akan bergerak kebawah begitu seterusnya sehingga keseluruhan air
memiliki suhu yang sama. Selain itu contoh konveksi yang lain juga dapat anda
temui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap.
Faktor yang mempengaruhi laju kalor konveksi adalah
laju kalor 
ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi
adalah sebanding dengan luas permukaan
benda A yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu ∆T di antara benda dan fluida dengan h
adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring,
mendatar, menghadap ke bawah
atau menghadap ke atas.
ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi
adalah sebanding dengan luas permukaan
benda A yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu ∆T di antara benda dan fluida dengan h
adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring,
mendatar, menghadap ke bawah
atau menghadap ke atas.
Rumus:
H = Q / t = h . A . ∆T
Keterangan:
h = Koefisien konveksi ( W / m2K )
A = Luas ( m2)
∆T = Selisih suhu ( K )
3.
Radiasi
Radiasi
adalah perpindahan panas tanpa zat perantara. Biasanya disertai cahaya. Untuk
mengetahui adanya pancaran kalor, alat yang digunakan adalah termoskop.
Termoskop diferensial digunakan dalam menyelidiki sifat pancaran diberbagai
permukaan. Contoh Radiasi adalah perpindahan panas dari cahaya matahari
ke bumi. Radiasi kalor dapat terjadi jika lampu pijar listrik sedang menyala
dan api unggun sedang menyala. Dimana disaat kita berada di dekat api unggun,
tubuh akan merasa hangat, hal ini terjadi karena terdapat radiasi kalor yang
dipancarkan api unggun.
Keterangan:
e =
emisivitas radiasi
0
< e < 1
Hitam
sempurna = 1
Putih
sempurna = 0
A
= luas ( m2 )
σ = konstanta Stefan = 5,67 x 10-8
σ = konstanta Stefan = 5,67 x 10-8
Contoh
Soal
1.
Dua batang A dan B berukuran
sama masing-masing mempunyai koefisien konduksi 2k dan k. Keduanya dihubungkan
menjadi satu dan pada ujung-ujung yang bebas dikenakan suhu seperti gambar.
Pembahasan:
2. Permukaan dalam suatu dinding rumah
dijaga bersuhu tetap 30°C pada saat suhu udara luar adalah 20°C. Berapa banyak kalor yang hilang karena konveksi pada dinding
yang berukuran 16 m x 2 m selama 2 hari? Anggap koefisien konveksi rata-rata
3,5 J s-1m-2K-1.
Pembahasan :
Q / t = h . A . ∆T
Q = h . A . ∆T t
= (3.5 JS-1m-2 K-1 ) ( 32 m2 ) (10 K) ( 1.972.800 s )
= 1.9728 . 108 J
3.
Suhu kulit seseorang kira-kira 37°C. Jikas orang yang luas permukaan
tubuhnya kira-kira 1,6 m2 berada dalam ruang yang suhunya 22°C, maka kalor yang dilepaskan tubuh
orang itu melalui konveksi selama 5 menit adalah…(koefisien konveksi h = 7,0
W/m2K)Q = h . A . ∆T t
= (3.5 JS-1m-2 K-1 ) ( 32 m2 ) (10 K) ( 1.972.800 s )
= 1.9728 . 108 J
Diket:
∆T = 37 - 22 = 15°C
t = 300 s
A = 1,6 m2
h = 7,0 W/ m2K
∆T = 37 - 22 = 15°C
t = 300 s
A = 1,6 m2
h = 7,0 W/ m2K
Dit: Kalor
yang dilepas
Jwb :
Q/t = h . A . ∆T
Q/300 = 7 . 1,6 . 15
Q = 50.400 J
Q/300 = 7 . 1,6 . 15
Q = 50.400 J
4. Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna
bersuhu 127°C. Luas permukaan 200 cm2 memancarkan energi ke lingkungan yang
bersuhu 27°C. Hitung energi per satuan waktu yang dipancarkan benda tersebut!
Diketahui : e = 1 (benda hitam sempurna)
T1
= 127oC = 127 + 273 = 400K
T2
= 27oC = 27 + 273 = 300K
A
= 200 cm2 = 2 x 10-2 m2
σ = 5,67 x 10-8 W/m2 K4
Ditanyakan : w/t ?
Jawab : W/t = e . σ. ( T14 - T24 ) . A
: W/t = 1 . 5,67 . 10 -8 . w / m2 K4 . ((400)4 . (300)4) . 2 . 10 -2
: W/t = 1 . 5,67 . 10 -8 . w / m2 K4 . ((400)4 . (300)4) . 2 . 10 -2
W
= 19,845 W
5. Sebuah plat baja dengan panjang 5 m dan lebar 2,5
m suhunya 227 0C. Jika tetapan Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8 W/m2 K4 dan plat baja hitam sempurna. Hitung
energi total yang dipancarkan setiap detik!
Diketahui : p = 5 m
l
= 2,5 m
T
= 227oC = 227 + 273 = 500K
σ = 5,67 x 10-8 W/m2 K4
e = 1 (benda hitam sempurna)
Ditanyakan : W =
Jawab : A = p x l = 5 x 2,5 = 12,5 m2
W
= e σ A T4
W
= 1 x 5,67 x 10-8 W/m2 K4 x 12,5 m2 x (500K)4
W = 44296,875 J
Kenny
Basuki
Matthew Wiryopranoto
Michael Evan Santosa
Komentar
Posting Komentar