PERPINDAHAN
KALOR
Nimatut Tamimah, S.Si., M.Sc.,
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
Bagaimana kalor dapat berpindah?
Bagaimana pula cara perpindahannya ?
Perpindahan Kalor
Konduksi
Konveksi
Radiasi
Kalor dapat berpindah dengan berbagai cara, yaitu dengan melalui : A. KONDUKSI (hantaran) Adalah perpindahan kalor melalui zat
perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui zat padat.
Berdasarkan daya hantar kalornya, zat dapat dibedakan sebagai: Konduktor : zat yang mudah menghantarkan
kalor Contoh : logam Isolator : zat yang sukar menghantarkan
kalor Contoh : kayu, karet, air, udara
l
A T1
T2
ΔT =T2-T1
k (konstansa konduksi)
K
O
N
D
U
K
S
I
Perpindahan kalor yang tanpa disertai
perpindahan zat perantara
A = luas permukaan (m2)
d = ketebalan benda (m)
T1 = suhu pada salah satu ujung benda (K)
ΔT = perbedaan suhu (K)
ΔT = T1 – T2
A
d T1
T2 = suhu pada ujung lain benda (K)
T2
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor : 1.Beda suhu antara kedua permukaan (∆T) makin besar
beda suhu, makin cepat perpindahan kalor. 2.Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l), makin
tebal, makin lambat perpindahan kalor. 3.Luas permukaan (A), makin 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.
Laju Konduksi
d
TAk
t
Q
t
Q= laju konduksi (J/s)
k = konduktivitas termal zat (W/m K)
A = luas permukaan (m2)
ΔT = perbedaan suhu (K) = T1 – T2
d = ketebalan benda (m)
Tabel konduktivitas termal zat (W/mK)
Bahan k
Emas 300
Besi 80
Kaca 0.9
Kayu 0.1 – 0.2
Bahan k
Beton 0.9
Air 0.6
Udara 0.024
Alumunium 240
B. KONVEKSI (aliran) adalah perpindahan kalor melalui zat perantara, diikuti perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui fluida, misal : udara, air
Macam konveksi : 1. konveksi alami contoh : angin darat, angin laut, aliran udara melalui ventilasi / cerobong
asap. 2. konveksi paksa
contoh : konveksi udara pada hair dryer, sistem pendingin mesin mobil lemari es, AC.
Perpindahan kalor yang disertai
perpindahan zat perantara K
O
N
V
E
K
S
I
Proses pemanasan air dalam suatu panci. Partikel air pada dasar panci menerima kalor dan menjadi panas.
Pertikel yang telah panas bergerak ke atas karena berat jenisnya mengecil, Sedangkan air dingin turun menempati tempat yang ditinggalkan air panas yang naik.Demikian ini terjadi selama air dipanaskan, sehingga air masak secara merata
Manfaat konveksi kalor
Merebus air
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konveksi kalor : Luas permukaan benda (A), semakin luas permukaan benda yang
bersentuhan dengan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan. Perbedaan suhu (∆T), semakin besar beda suhu benda dengan
permukaan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan Koefisien konveksi (h), bergantung pada bentuk, kedudukan
permukaan dan diperoleh dengan percobaan. Misal h tubuh manusia adalah
7,1 Js-1m-2K-1
Laju Konveksi
TAht
Q
t
Q= laju konveksi (J/s)
h = koefisien konveksi (W/m2 K)
A = luas permukaan benda yang bersentuhan
ΔT = perbedaan suhu antara benda dan fluida(K)
dengan fluida(m2)
• Contoh :
1. Terjadinya angin laut
Angin laut terjadi pada siang hari
Terjadinya angin darat
Angin darat terjadi pada malam hari
2. sistem pendinginan mobil (radiator)
3. pembuatan cerobong asap
4. Lemari es
C. RADIASI (PANCARAN) adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.
(pancaran energi dari permukaan sebuah benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik)
Misal, panas matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa udara.
Catatan : 1. Permukaan hitam sempurna sebagai pemancar dan penyerap kalor yang
baik (e=1) 2. Pemukaan putih mengkilap sebagai pemancar dan penyerap kalor radiasi
yang buruk (0<e<1).
Pemanfaatan radiasi : efek rumah kaca, panel surya.
Perpindahan kalor tanpa zat perantara R
A
D
I
A
S
I
T A
A = luas permukaan (m2)
T = suhu mutlak permukaan (K)
Radiasi gelombang elektromagnetik matahari menghangatkan kita sebagai makhluk hidup dibumi, walaupun melewati hampa udara
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi : (dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman)
“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4)”
Laju Radiasi
4ATet
Q
t
Q= laju radiasi(J/s)
e = emisivitas (0 < e < 1)
σ = Tetapan Stefan-Boltzman
T = suhu mutlak(K)
= 5,67 x 10-8 Wm-2K-4
Permukaan hitam dan kusam merupakan
penyerap dan pemancar radiasi yang baik
Permukaan putih dan mengkilap merupakan
Penyerap dan pemancar radiasi yang buruk
Termoskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya pemancaran kalor
Soal 1
Sebatang spatula yang terbuat
dari kaca digunakan untuk
mengaduk larutan yang bersuhu
500C. Panjang spatula itu 0,25
m dan luas permukaannya 2,0 x
10-3 m2. Jika ujung spatula
lainnya berada di ruangan yang
bersuhu 200C. Hitunglah jumlah
kalor yang mengalir sepanjang
batang dalam 5 menit?
Konduktivitas termal kaca
0,8 W/mK
Soal 2
Suhu kulit seseorang yang sedang berjemur kira-kira
320C. Jika orang tersebut berada dalam ruangan yang
bersuhu 220C dan luas permukaan tubuhnya 1,6 m2.
Berapakah kalor yang dilepaskan tubuh orang melalui
konveksi selama 5 menit?
h = 7,1 Js-1m-2K-1
Soal 3
Sebuah pelat baja tipis
berbentuk persegi dengan
panjang sisi 10 cm
dipanaskan dalam sebuah
tungku sampai suhunya
mencapai 7270C. Jika
pelat baja itu memiliki
emisivitas 0,9, berapa laju
kalor radiasinya?