PERPINDAHAN KALOR

Perhatikanlan tayangan video berikut!

Dari video tersebut menunjukkan bahwa perpindahan kalor dapat terjadi melalui konduksi, konveksi, dan radiasi

Bentuklah kelompok dengan teman sekelas Anda. Satu kelompok terdiri dari 5-6 siswa. Kemudian lakukanlah kegiatan berikut:

1.    Rumuskanlah masalah yang terdapat dalam video tersebut.

2.     Amatilah mengenai permasalahan yang ada di video tersebut.

3.     Lakukan studi literature atau observasi terkait dengan video tersebut (penerapan rumus secara matematis, aplikasi dari ketiga jenis perpindahan kalor, dan lain-lain)

4.     Analisislah dan sajikan hasil tulisan kelompok Anda.

5.     Komunikasikanlah hasil diskusi kelompok Anda didepan kelas secara bergantian.

PERPINDAHAN KALOR

Setelah sekilas memahami adanya sejumlah kalor dapat menyebabkan perubahan wujud atau kenaikan suhu pada suatu benda, serta telah dipelajarinya proses pemuaian sebagai dampak  adanya penyerapan kalor pada benda, yang tentunya menuntut pemahaman tentang adanya konsep konversi dari berbagai satuan dari besaran perubahan suhu, maka yang tak kalah pentingnya dari semua itu  bahwa kalor sebagai suatu bentuk energi ternyata dapat mengalami perubahan tempat, atau dikatakan bahwa kalor dapat berpindah tempat.

Tanpa usaha luar, maka kalor sebagai suatu bentuk energi dapat berpindah tempat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dengan berbagai cara, yaitu :

 Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya, tanpa melibatkan partikel perantaranya, seperti hantaran kalor pada logam yang dipanaskan dari satu ujung ke ujung lainnya. Saat ujung B dipanaskan, maka ujung A, lama kelamaan akan mengalami pemanasan juga, hal tersebut dikarenakan energi kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkan molekul-molekul yang ada disampingnya hingga mencapai titik A. 

Energi kalor yang dipindahkan secara konduksi  sebesar,

Sedang besar laju aliran kalor dengan konduksi dirumuskan,

H       = laju aliran kalor (J/s atau watt)

Q       = kalor yang dipindahkan (joule)

t         = waktu (s)

k        = konduktivitas termal zat (W/mK)

A       = luas penampang melintang (m²)

∆t       = perubahan suhu (°C atau K)

l         = tebal penghantar (m)

Tabel konduktivitas termal zat

(W/mK)

Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair. 

1.      Konveksi pada zat cair

Bila air dipanaskan, air akan memuai sehingga massa jenisnya berkurang. Karena massa jenisnya berkurang maka air ini menjadi lebih ringan dan naik ke atas. Tempatnya kemudian digantikan oleh air yang lebih dingin dari atas, yang turun karena massa jenisnya lebih besar. Gerakan atau sirkulasi air tersebut dinamakan arus konveksi.

Penerapan konveksi pada zat cair ini dapat kita jumpai saat kita memanaskan air dalam ketel, maka terjadi perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. Selain itu penerapan konveksi ada di system aliran panas yang terdapat dalam kran air panas dan air dingin di hotel-hotel.

 

1.      Konveksi pada udara

Arus konveksi pada udara atau gas terjadi ketika udara panas naik dan udara yang lebih dingin turun. Konveksi udara dapat dilihat pada gambar di bawah. Jika lilin dinyalakan akan terjadi aliran udara panas dalam alat. Dengan menggunakan asap dari obat nyamuk yang dibakar, aliran udara terlihat. Udara panas akan naik dan udara dingin akan turun.

Penerapan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya angin darat, angin laut dan pembuatan cerobong asap pabrik.

Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar, 

 

Laju aliran kalor tiap satuan waktu dalam konveksi dirumuskan :

 

H       = laju aliran kalor (J/s atau watt)

Q       = kalor yang dipindahkan (joule)

t         = waktu (s)

h        = koefisien konveksi (W/m²K)

A       = luas penampang melintang (m²)

∆t       = perubahan suhu (°C)

Radiasi adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara, seperti kalor dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran dengan oven dan efek rumah kaca.

 

Energi kalor yang dipindahkan secara radiasi  sebesar, 
 

Laju aliran kalor tiap satuan waktu dalam radiasi dirumuskan :

H       = laju aliran kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)

R        = intensitas radiasi ( W/m²)

Q       = kalor yang dialirkan (J)

t         = waktu (s)

A       = luas (m²), luas permukaan lingkaran = 4.p.r²

T        = suhu (K)

e        = emisivitas benda (tanpa satuan)

(e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0 untuk benda tidak hitam sama sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap semua kalor yang tiba padanya, atau mampu  memancarkan  seluruh energi yang dimilikinya).

animasi radiasi dapat dilihat pada tayangan berikut: