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?