Kelompok 3

Andi caesara M.Ayto Qayyum R.

Indra JayaMuh. Gifar S.Mutmainna

NurafniRezki DjamaluddinSatira Anggraini

Widya Firsty WindanyZuwandi Abd. Kadir

Kelompok 3

PERPINDAHAN KALORPengertian kalor yaitu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan.

Ada tiga cara perpindahan kalor yang akan kami bahas, yaitu:

1. Konduksi

2. Konveksi (aliran)

3. Radiasi (pancaran)

Kita akan membahas tiga cara perpindahan kalor diatas. Namun kita akan mempelajarinya satu persatu.

1. Perpindahan Kalor secara Konduksi

Konduksi yaitu proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses, yaitu:

1. Pemanasan pada satu ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan suhunya naik, atau energy kinetiknya bertambah. Selanjutnya partikel-partikel ini memberikan sebagian energy kinetiknya ke partikel-partikel tetangga berikutnya. demikian seterusnya sampai kalor mencapai ujung yang dingin (tidak dipanasi).proses perpindahan kalor seperti ini berlangsung lambat karena untuk memindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang tinggi di antara kedua ujung.

2. Dalam logam, kalor di pindahkan melalui electron-elektron bebas yang terdapat struktur atom logam. Electron bebas ialah electron yang dengan mudah dapat berpindah dari atom satu ke atom yang lain. Oleh Karena electron bebas mudah berpindah, pertambahan energy ini dengan cepat dapat diberikan elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat. Oleh Karena itu logam tergolong konduktor yang sangat baik.

Berdasarkan kemampuan mengantarkan kalor, zat dibagi atas 2 golongan besar, yaitu konduktor dan isolator.

Konduktor ialah zat yang mudah menghantarkan kalor sedangkan isolator ialah zat yang sukar menghantarkan kalor. Jadi perlu anda catat bahwa setiap zat dapat menghantarkan kalor secara konduksi.

a. Apakah air termaksud konduktor atau isolator ?

Zat bukan logam umumnya bukan penghantar kalor yang baik.

b. Apakah udara termaksud konduktor atau isolator ?

Udara termaksud penghantar kalor yang buruk. Sering anda manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.ketika udara malam hari terasa dingin, anda tidur dengan menggunakan selimut. Selimut tersebut akan menghambat perpindahan kalor dari tubuh anda ke udara dingin di luar selimut. Akibatnya, tubuh anda tetap hangat.

c. Faktor-faktor yang memengaruhi laju kalor konduksi ?

Laju konduksi kalor melalui sebuah dinding bergantung pada empat besaran:

- Beda suhu diantara kedua permukaan ∆T = T1-T2 ; makin besar beda suhu, makin cepat perpindhan kalor.

- Ketebalan dinding d; makin tebal dinding, makin lambat perpindahan kalor.

- Luas permukaan A; makin besar luas permukaan, makin cepat perpindahan kalor.

- Konduktivitas termal zat k, merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor: makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

Zat k (W/m K) Zat k (W/m K)Logam Aluminium Perunggu Tembaga Besi dan Baja Perak

Zat padat lain Lemk tubuh Batu Bata Beton Kaca Es Air Kayu (pinus)

20510938550

406

0,170,60,80,81,6

0,601,13

Bahan Isolator Gabus Serat kaca (fiberglass) Bulu halus Kapuk Gas Hidrogen Udara

0,040,040,020,03

0,130,02

Berdasarkan penjelasan di atas, banyak kalor Q yang melalui dinding selama selang waktu t, dinyatakan oleh:

Daya konduksi kalor

Tabel 6.7 Konduktivitas termal berbagai zat

d. Bagaimana suhu pada sambungan dua batang logam yang berbeda jenis?

Misalkan dua batang logam berbeda jenis dengan luas penampang sama, di hubungkan. Suhu ujung bebas batang pertama T1, sedang suhu ujung bebas batang ke dua T2, dimana T1>T2,Seperti gambar di bawah ini.

Bagaimana caranya menghitung suhu pada titik sambungan kedua logam?

 

 

Secara matematis,

Prinsip sambungan

dua batang logam

Dengan mensubstitusi ΔT1 = T1 – T dan ΔT2 = T – T2, maka suhu pada titik sambungnya, yaitu T, dapat anda hitung.

k1 k2

Cobalah menaruh tangan anda di atas nyala lilin sejauh kira-kira 10cm. anda akan merasakan udara hangat yang naik dari nyala lain. Ketika udara yang dekat nyala lilin dipanasi, udara itu memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara hangat yang massa jenisnya lebih kecil akan naik, dan tempatnya digantikan oleh udara dingin yang massa jenisnya lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi. Ada dua jenis konveksi yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa.

1. Konveksi alamiah yaitu proses perpindahan kalor melalui zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat perbedaan massa jenis.

2. Konveksi paksa yaitu proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat suatu paksaan terhadap partikel bersuhu tinggi tersebut.

Contoh di atas adalah konveksi alamiah. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak ke atas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar.

2. Perpindahan Kalor secara Konveksi

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor konveksi:

1. Laju kalor Q/t ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan benda A yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu T diantara benda dan fluida. Secara matematis, ditulis:

2. Dengan h adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah atau menghadap ke atas. Nilai h diperoleh secara percobaan. Sabagai contoh, nilai h untuk tubuh manusia adalah 7,1 J/s m2 K.

Kalor dari Matahari dapat sampai ke Bumi melalui ruang hampa tanpa zat peran-peran (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Jadi radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

a. Penyerap kalor radiasi yang baik dan buruk1. Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik

sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik.2. Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk

sekaligus pemancar kalor yang buruk pula.3. Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, permukaan

(dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengkilap ( dilapisi dengan perak ).

b. Faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi

Pada tahun 1879 Josept Stefan melakukan pengukuran daya total yang di pancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa daya total itu sebanding dengan pangkst empat suhu mutlak. Lima tahun kemudian, Ludwig Boltzmann menurunkan hubungan yang sama yang di kena sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang berbunyi: energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu(Q/t) sebanding dengan laus permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T4 ).

Secara matematis, ditulis:

(6-20)

3. Perpindahan Kalor secara Radiasi

Tetapan (dibaca sigma) dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann dan dalam satuan SI mempunyai nilai

s = 5,67 x 10-8 W/m2K4

Tidak semua benda dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna. Oleh karena itu, diperlukan sedikit modifikasi pada Persamaan (6-20) agar dapat digunakan pada setiap benda. Persamaan Stefan Boltzmann untuk setiap benda dapat ditulis sebagai

Daya radiasi

Dengan e adalah koefisien yang disebut emisivitas. Emisivitas adalah suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna.

c. Pemanfaatan radiasi

Ada banyak pemanfaatan radiasi dalam kehidupan sehari-hari.kita hanya akan membahas tiga, yaitu:

1. Pendiangan rumahKalor pada pendiangan rumah akan naik ke atas cerobong asap karena dibawa oleh konveksi udara. Tubuh kita terasa hangat karena penjalaran

kalor ke samping dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Gambar Pendiangan

2. Rumah kacaSinar matahari dibagi atas tiga macam berdasarkan urutan panjang gelombang

dari terbear ke terkecil, yaitu inflamerah, cahaya tampak dan ultraviolet. Sinar matahari dapat menembus cahaya , sedang inflamerah dan ultraviolet dipantulkan kembali oleh cahaya. Kalor radiasi cahaya tampak diserap oleh tanah dan tanaman didalam rumah kaca sehingga tanah dan tanaman menjadi hangat dan dapat kita golongkan sebagai sumber yang dingin dibanding matahari yang suhunya sangat tinggi . Tanah dan tanaman sebagai sumber kalor yang lebih dingin akan memancarkan kembali kalor yang diterimanya dalam bentuk radiasi inframerah dengan panjang golombang lebih panjang. Energi kalor radiasi inframerah ini tidak mampu menembus kaca.keadaan ini membuat tanaman dapat tumbuh subur.

Gambar rumah kaca

3. Panel suryaPanel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi

dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga yang dicat hitam dengan panel depan yang terbuat dari kaca. Kalor radiasi dari matahari diserap oleh permukaan hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui logam. Bagian dalam panel dijaga tetap oleh efek rumah kaca, kemudian sirkulasi air melalui wadah logam akan membawa kalor menjauh untuk dimanfaatkan pada sistem pemanas air domestik dan untuk memanasi kolam renang.

Gambar Panel Surya

Terimakasihatas

perhatiannya

aSSALAMUALAIKUM WARAHMATULLAHI

WABARAKATUH