Perpindahan Panas Konveksi, Radiasi dan Konduksi Lengkap

Panas suatu benda tergantung pada suhu benda tersebut. Semakin tinggi suhu benda, maka benda semakin panas. Panas berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Bahan yang dapat menghantarkan kalor disebut konduktor kalor, misalnya besi, baja, tembaga, seng, dan aluminium (jenis logam). Adapun penghantar yang kurang baik/penghantar yang buruk disebut isolator kalor, misalnya kayu, kaca, wol, kertas, dan plastic (jenis bukan logam). Apabila ditinjau dari cara perpindahannya, ada tiga cara dalam perpindahan kalor yaitu:

• konveksi (aliran),
• radiasi (pancaran), dan
• konduksi (hantaran).

Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnya disebut konveksi/aliran. Selain perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair, ternyata konveksi juga dapat terjadi pada gas/udara. Peristiwa konveksi kalor melalui penghantar gas sama dengan konveksi kalor melalui penghantar air. Perpindahan panas secara konveksi terjadi melalui aliran zat. Misalnya, es batu yang mencair dalam air panas. Panas dari air panas berpindah ke es batu. Panas berpindah bersama mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut menyebabkan es batu meleleh. Peristiwa konveksi juga terjadi pada proses terjadinya angin darat dan angin laut.

• Angin Darat,Angin darat terjadi pada malam hari dan berhembus dari darat ke laut. Hal ini terjadi karena pada malam hari udara di atas laut lebih panas dari udara di atas darat, sehingga udara di atas laut naik diganti udara di atas darat. Maka terjadilah aliran udara dari darat ke laut. Angin darat dimanfaatkan oleh para nelayan menuju ke laut untuk menangkap ikan.
• Angin Laut, Angin laut terjadi pada siang hari dan berhembus dari laut ke darat. Hal ini terjadi karena pada siang hari udara di atas darat lebih panas dari udara di atas laut, sehingga udara di atas darat naik diganti udara di atas laut. Maka terjadilah aliran udara dari laut ke darat. Angin laut dimanfaatkan oleh nelayan untuk kembali ke darat atau pantai setelah menangkap ikan. Pemanfaatan konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain: pada sistem pendinginan mobil (radiator), pembuatan cerobong asap, dan lemari es.

Radiasi

Energi kalor matahari dapat sampai ke bumi melalui pancaran atau radiasi, kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi berupa ruang hampa udara, sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara. Ketika matahari bersinar di siang hari, kalian merasa gerah, padahal kita berada jauh dari matahari. Demikian juga saat kalian duduk di dekat api unggun. Kalian akan merasakan hangatnya api unggun. Saat kita berada di dekat api unggun badan kita terasa hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ke tubuh kita secara radiasi.

Walaupun di sekitar kita terdapat udara yang dapat memindahkan kalor secara konveksi, tetapi udara merupakan penghantar kalor yang buruk (isolator). Jika antara api unggun dengan kita diletakkan sebuah penyekat atau tabir, ternyata hangatnya api unggun tidak dapat kita rasakan lagi. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi perpindahan panas. Perpindahan panas seperti ini disebut radiasi. Jadi, radiasi adalah perpindahan panas tanpa zat perantara. Dalam peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya, karena cahaya dapat merambat dalam ruang hampa, maka kalor pun dapat merambat dalam ruang hampa.

Konduksi 

Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat perantara. Namun, zat perantara tersebut tidak ikut berpindah (bergerak). Cobalah membakar ujung besi dan ujung besi lainnya kamu pegang, setelah beberapa lama ternyata ujung besi yang kamu pegang lama kelamaan terasa semakin panas. Atau ketika kita mengaduk kopi yang panas, jari-kita ikut merasakan panas yang berasal dari air kopi. Hal ini disebabkan adanya perpindahan kalor yang melalui besi. Peristiwa perpindahan dari ujung besi kalor yang dipanaskan ke ujung besi yang kamu pegang mirip dengan perpindahan buku yang kamu lakukan, di mana molekul-molekul besi yang menghantarkan kalor tidak ikut berpindah. Tidak semua benda dapat memindahkan kalor secara konduksi.
 Contoh:

1. Benda yang terbuat dari logam akan terasa hangat atau panas jika ujung benda dipanaskan, misalnya ketika memegang kembang api yang sedang dibakar.
2. Knalpot motor menjadi panas saat mesin dihidupkan.
3. Tutup panci menjadi panas saat dipakai untuk menutup rebusan air.
4.  Mentega yang dipanaskan di wajan menjadi meleleh karena panas.

Rumus Konduksi, Radiasi & Konveksi

Setelah kita membahas tentang pengertian dari Konduksi, Radiasi & Konveksi, selanjutnya kita akan membahas suatu Rumus dari Konduksi, Radiasi & Konveksi.

1. Rumus Konduksi

Q ∆t = H = k.A.
H = Jumlah kalor merambat setiap detik (J/s)
k  = Koefisien konduksi termal (J/msK)
A = luas penampang pada batang (m)
L = Panjang pada Batang (m)
∆ T = perbedaan suhu di kedua ujung batang (K)

Contoh Soal Konduksi :

Sebuah batang logam mempunyai panjang 2 m, dan memiliki luas penampang 20 cm²  dan perbedaan suhu kedua ujungnya 50⁰C.
Bila koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms⁰C, tentukan jumlah kalor yang merambat per satuan luas & per satuan waktu!
Diketahui :
L = 2 m
A = 20 cm² = 2 x 10^-3 m²
k = 0,2 kal/ms⁰C
∆ T = 50⁰C
Pertanyaan : H
Jawab :
H = k A ∆ T/L
= (0,2 kal/ms⁰C)(2 x 10^-3 m²) 50⁰C/2 m
= 0,01 kal/s

2. Rumus Radiasi

∆Q ∆t = e.
Q = Kalor yang dipancarkan benda (J)
T = suhu mutlak (K)
e = emisitas bahan
σ = Tetapan Stefan Boltzman (5,672 x 10^-8 W/m²K⁴ )
A = Luas Penampang benda (m²)

Contoh Soal Radiasi :

Sebuah lampu pijar memakai  kawat wolfram dengan luas (A) 10^-6 m² dan emisivitasnya (e) 0,5.
Jika bola lampu berpijar dengan suhu 1.000 K selama 5 second (σ = 5,67 x 10^-8 W/m²K⁴ ), maka hitunglah jumlah energi radiasi yang dipancarkan oleh lampu pijar tersebut.
Diketahui :
T = 1.000 K
A = 10^-6 m²
t = 5 s
e = 0,5

σ = 5,67 x 10^-8 W/m²K⁴ 
Pertanyaan : Q
Jawab :
∆Q/∆t = e σ A T⁴ 
∆Q = e σ A T⁴ ∆t
= (0,5) (5,67 x 10^-8 W/m²K⁴ ) (10^-6 m²) (1.000 K)⁴(5s)
= 14,175  x 10^-2 J

3. Rumus Konveksi

H = h. A. ∆T
Keterangan :
H = Laju perpindahan (J/s)
h = Koefisien konveksi termal (j/sm²K)
A = Luas permukaan (m²)
∆ T = Perbedaan suhu (K)

Contoh Soal Konveksi :

Suatu Fluida memiliki koefisien konveksi termal 0,01 kal/ms⁰C dan memiliki luas penampang aliran 20 cm².
Bila fluida tersebut mengalir di sebuah dinding dengan suhu 100⁰C menuju dinding lainya dengan suhu 20⁰C dan kedua dinding dalam keadaan yang sejajar, maka berapa besarnya kalor yang dirambatkan?
Diketahui :
h = 0,01 kal/ms⁰C
A = 20 cm² = 2 x 10^-3 m²
∆ T = (100⁰C-20⁰C) = 80⁰C
Jawab :
H = h A ∆ T
= (0,01 kal/ms⁰C) (2 x 10^-3 m²) (80⁰C)
= 16 x 10^-4 kal/s


 Penelusuran yang terkait dengan Perpindahan Panas

• soal perpindahan panas dan penyelesaiannya
• contoh perpindahan panas secara konduksi berdasarkan bacaan
• simbol perpindahan panas
• contoh soal perpindahan panas konveksi pada silinder
• 3 cara perpindahan panas beserta contohnya
• prinsip perpindahan panas
• perpindahan panas menurut para ahli
• contoh perpindahan kalor secara konduksi konveksi dan radiasi dalam kehidupan sehari-hari

Share this post