Perpindahan Kalor : Pengertian - Rumus dan contoh Soal Penyelesaian - jessipermata

PERPINDAHAN KALOR ( RAMBATAN KALOR )

Macam-macam rambatan kalor :

1. Konduksi ( hantaran )

2. Konveksi ( aliran )

3. Radiasi ( pancaran )

Konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan partikel zat penghantar

Jika sebatang logam salah satu ujungnya (dibakar atau dimasukkan ke dalam api) maka beberapa saat ujung yang lain akan menjadi panas. Pada Saat dipanaskan , atom-atom ujung logam mendapat energi sehingga atom-atom ini bergetar dengan hebatnya, menumbuk dan memberikan Sebagian energi kepada atom-atom disampingnya demikian terus menerus. Peminahan enegi ini disebabkan adanya electron bebas yang terdapat pada atom logam.

Konduksi biasanya terjadi pada zat padat.

Keterangan :

H = laju konduksi ( J/s atau watt )

Q = kalor ( Joule )

t = waktu ( s )

k = koefisien konduksi termal ( W/m^oK )

A = luas penampang benda ( m² )

∆T = perubahan suhu (^oK ) atau ( ^oC )

∆T = suhu tinggi – suhu rendah

Contoh soal :

1. Sebuah batang tembaga panjangnya 2 meter dengan luas penampang 4 cm². Ujung batang bersuhu 0^oC dan ujung lainnya bersuhu 100^oC. jika koesien konduksi termal tembaga 3,9 . 10² Wm^-1K^-1. Berapakah kalor yang merambat tiap detik pada batang tembaga.

2. Sebuah jendela rumah memiliki bentuk persegi dengan Panjang sisi 2 meter dan tebalnya 0,5 cm. berapa besar kalor yang hilang melalui jendela rumah ini dalam sehari jika suhu di dalam rumah 27^oC dan di luar rumah 17^oC (koesien konduksi termal kaca 0,84 W/mK ).

3. Sumber utama masuknya kalor ke dalam ruang yang suhunya lebih rendah dari bagian luar ruang yang suhunya lebih tinggi adalah melalui sebuah jendela. Sebuah ruang ber AC memiliki jendela yang luasnya 2m x 1m dan tebalnya 0,4 cm. jika suhu pada permukaan dalam kaca 18 ^oC dan suhu pada permukaan luar kaca 28 ^oC. berapakah laju konduksi kalor yang masuk ke ruang itu ?

4. Dua batang logam P dan Q di sambungkan dengan suhu ujung-ujung yang berbeda. Jika koefisien konduksi termal logam P 2 kali logam Q dan Panjang AC = ½ BC. Maka suhu dititik C adalah…

5. Logam P,Q,R berukuran sama. Konduktivitas logam P,Q,R berturut-turut 6k,4k dan 2k. ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung-ujung terbuka seperti pada gambarberikut ini. Berapakah suhu pada T₁dan T₂

6.Tiga batang logam berbeda X, Y dan Z mempunyai Panjang dan luas penampang yang sama disambungkan satu sama lain seperti terlihat pada gambar di bawah. Besar konduktivitas termal 6k_A = 3 k_p = k_C. T₁ = 120 ^oC dan T₄ =20 ^oC. berapakah suhu T₂ dan T₃.

7. Batang A dan B mempunyai luas penampang dan Panjang yang sama. Bila koefisien konduksi batang A = ¾ kali koefisien konduksi batang B. kedua batang dipanaskan dan mengalami perubahan suhu yang sama. Tentukan perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dengan batang B.

8.Perhatikan gambar di bawah ini. Jika koefisien konduktivitas termal aluminium, kuningan dan besi berturut-turut 200 W/mK, 110 W/mK dan 67 W/mK. Penampang luas sama yaitu 20 cm². Tentukan :

a. Suhu titik persambungan

b. Kelajuan kalor logam aluminium

2. Konveksi ( Aliran )

Konveksi adalah perpindahan kalor yang di sebabkan oleh perpindahan partikel-partikel zat.

Contoh :

Jika air dipanaskan maka akan terjadi perpindahan panas secara konveksi. Ketika air dipanaskan maka molekul air bagian bawah menjadi panas sehingga volumenya bertambah besar dan massa jenisnya bertambah kecil, akhirnya molekul air berpindah ke tempat suhunya yang lebih rendah sambal memindahkan panas ke tempat itu. Molekul air yang dingin mengisi tempat yang ditinggalkan molekul panas. Kemudian molekul ini juga dikenai kalor sehingga dia bergerak naik sambal memanaskan bagian di atasnya yang selanjutnya turun lagi dan seterusnya. Sehingga terjadi sirkulasi lengkap dari gerakan air secara keseluruan. Perpindahan panas ini disebut konveksi.

Ada 2 jenis konveksi.

1. Konveksi alamiah

Pada konveksi alamiah Gerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis.

Contohnya adalah seperti air dipanaskan (contoh atas), dll

2. Konveksi Paksa

Dalam konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup ( blower ) atau pompa.

Contoh : sistem pendingin mobil, pengering rambut, dll.

Rumus

H = h A ∆T

Keterangan :

H = laju konveksi atau kalor yang merambat tiap satuan waktu (J/s)

h = koefisien konveksi ( J/sm²K)

A = luas setiap permukaan ( m²)

∆T = perubahan suhu ( ^oK ) atau ( ^oC )

soal-soal :

1. Permukaan bagian dalam suatu dinding rumah dijaga bersuhu tetap 18 ^oCpada saat suhu udara luar 8^oC. berapa jumlah kalor yang hilang karena konveksi alami pada dinding yang berukuran 5 meter x 4 meter selama 1 jam ( koefisien konveksi rata-rata = 3,5 J/sm^2oK ).

2. Suhu kulit seseorang tanpa pakaian 31^oC. jika orang tersebut berada di dalam kamar yang suhunya 21^oCdan luas permukaan tubuh orang tersebut 2 m². Berapakah kalor yang dilepaskan tubuh orang itu melalui konveksi selama 2 menit? koefisien konveksi rata-rata = 7,1 J/sm^2oK )

3. RADIASI ( PANCARAN )

Radiasi adalah energi yang dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Perambatan energi kalor matahari sampai ke permukaan bumi sebagai gelombang elektromagnetik yang disebut radiasi. Energi radiasi ini diserap oleh bumi sebagai kalor. Semua benda di sekitar kita memancarkan kalor secara radiasi.

Rumus:

Keterangan :

E = energi kalor ( joule )

e = emisivitas benda ( 0<e<1 )

e = 1 untuk benda hitam

T = suhu pemukaan benda ( ^oK )

σ = konstanta Stefan-Boltzman

σ = 5,67 . 10^-8 watt / m²K⁴

P = daya kalor atau laju perambatan kalor ( watt )

Soal-soal:

1. Sebuah benda hitam mempunyai luas permukaan 200 cm² bersuhu 27^oC, jika σ = 5,67 . 10^-8 watt / m²K⁴. Berapakah energi yang dipancarkan tiap satuan waktu.

2. Tentukan perbandingan energi yang dipancarkan tiap satuan waktu dan tiap satuan luas dari sebuah benda hitam yang bersuhu 227^oC dan 27^oC.

3. Kawat lampu pijar mempunyai luas permukaan 100 mm² meradiasikan energi dengan laju 5,67 watt. Bila kawat pijar dianggap benda hitam sempurna. Tentukan suhu permukaan lampu.

4. Dua bola lampu sejenis tapi berbeda ukuran memancarkan energi radiasi yang sama besar. Jika bola lampu A berjari-jari r suhunya T maka bola lampu B berjari-jari 4r bersuhu……