Perpindahan Kalor – Konduksi, Konveksi, Radiasi Dan Rumus Pengukurannya

Jika benda panas disentuhkan dengan benda dingin, tak lama kemudian suhu benda panas turun, sedangkan suhu benda dingin naik. Hal ini terjadi karena benda panas memberikan kalor kepada benda dingin. Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Ada tiga macam perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi (aliran), dan radiasi (pancaran).

Perpindahan Kalor secara Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat padat. Perpindahan ini tidak diikuti dengan perpindahan partikel perantara. Berdasarkan kemampuan menghantar kalor, zatdibagi menjadi dua golongan besar, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor ialah zat yang mudah menghantar kalor. Isolator adalah zat yang sukar menghantar kalor. Banyaknya kalor Q yang melalui dinding selama selang waktu t, dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan:
Q         : kalor (J) atau (kal)
k          : konduktivitas termal (W/mK)
A         : luas penampang (m2)
ΔT       : perubahan suhu (K)
L          : panjang (m)
H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)
t : waktu (sekon)

Dalam peristiwa dua batang logam berbeda jenisyang disambungkan berlaku bahwa laju aliran kalor dalam kedua batang adalah sama besarnya ditulis sebagai berikut.

---

Contoh Soal:

Batang baja dan batang kuningan luas penampang dan panangnya sama. Salah satu ujung masing-masing batang dilekatkan. Suhu ujung batang baja yang bebas 250°C, sedangkan suhu ujung batang kuningan yang bebas 100°C. Jika koefisien konduksi termal baja dan kuningan masing-masing 0,12 kal/s cm°C dan 0,24 kal/s cm°C, berapakah suhu pada persambungan kedua batang tersebut?

Penyelesaian:

---

Perpindahan Kalor secara Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Adapun pada konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Contoh konveksi paksa, antara lain sistem pendingin mobil dan pengering ram but (hairdryer).

Pemanfaatan konveksi terjadi pada cerobong asap, sistem suplai air panas, dan lemari es. Laju kalor Q/t sebuah panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi sebanding dengan luas permukaan benda Ayang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu di antara benda dan fluida. Hal tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

Keterangan:
H: laju kalor (kal/s atau J/s)

Dengan h adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentukdan kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah, atau menghadap ke atas. Konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain terlihat pada peristiwa angin darat dan angin laut.

Perpindahan Kalor secara Radiasi

Radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada tahun 1897, Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa daya total itu sebanding dengan pangkatempatsuhu mutlaknya. Lima tahun kemudian Ludwig Boltzmann menurunkan hubungan yang sama. Persamaan yang didapat sama dari hubungan ini dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang berbunyi “Energi yang dipancarkan oleh suhu permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T⁴)” dan ditulis sebagai berikut.

dengan σ dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann yang mempunyai nilai 5,67 x 10^-8 Wm^-2K^-4. Karena tidak semua benda dianggap sebagai benda hitam sempurna maka persamaan Stefan- Boltzman untuk benda dapat ditulis sebagai berikut.

Dengan e adalah koefisien yang disebut emisivitas, nilainya di antara 0 dan 1 serta bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Untuk benda hitam sempurna, e = 1.

Penerapan peristiwa radiasi dalam kehidupan separi-hari, misalnya pada penghangat rumah, pengeringan kopi, pembakaran pada alat pemanggang (oven), dan rumah kaca.

1. Panel surya (solar panel) digunakan untuk menyerap dan memancarkan radiasi sinar matahari, desainnya pada bidang logam berongga yang diberi wama hitam. Energi kalor radiasi dimanfaatkan untuk memanaskan air
2. Mobil-mobil tangki pengangkut minyak. Pada bagian atas tangki dicat dengan wama putih. Hal tersebut dimaksudkan guna menghindari penyerapan energi panas secara konveksi oleh minyak.
3. Penghangat rumah dijumpai pada daerah beriklim dingin. Gas bekas yang dihasilkan dari pembakaran mengalir ke atas melalui cerobong asap secara konveksi selama pembakaran berlangsung. Adapun energi kalor radiasi merambat ke segala arah dalam bentuk gelombang elektromagnetik sehingga tubuh kita akan terasa lebih hangat.
4. Rumah kaca adalah suatu bangunan khusus di mana dinding dan atapnya terbuat dari kaca. Bangunan ini dibuat untuk melindungi tanaman dari pengaruh abiotik yang merugikan, misalnya suhu yang terlalu panas atau dingin. Selain suhu, kelembapan udara juga dapat diatur. Rumah kaca dibangun untuk keperluan budi daya tanaman.

Demikian penjelasan yang bisa kami sampaikan tentang Perpindahan Kalor – Konduksi, Konveksi, Radiasi Dan Rumus Pengukurannya. Semoga postingan ini bermanfaat bagi pembaca dan bisa dijadikan sumber literatur untuk mengerjakan tugas. Sampai jumpa pada postingan selanjutnya.