PERPINDAHAN KALOR

Tahukah anda, bagaimana kalor dapat berpindah?

Bagaimana pula cara perpindahannya ?

Perpindahan Kalor

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

lAT1

T2

ΔT =T2-T1

k (konstansa konduksi)

K O N D U K IS

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 kalor :

K O N D U K IS

1. Sumber utama masuknya kalor kedalam ruang yang suhunya lebih rendah dari

udara luar adalah melalui jendela kaca. Sebuah ruang dengan pendingin AC

memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,5 m dan tebal 3,2 mm. Jika suhu

permukaan dalam kaca 25oC dan suhu pada permukaan luar 30oC, laju konduksi

kalor yang masuk adalah sebesar....watt (k = 0,8 W/m K)

A. 208500

B. 250800

C. 502800

D. 20850

E. 50280

PILIH SOAL :

LATIHAN

1 2 3 4

A = 2,0 m x 1,5 m = 3,0 m2.

d = 3,2 mm = 3,2 x 10-3 m.

k = 0,8 W/m K.

∆T = T2-T1 = 30oC-25oC

= 5oC = 278K

Ditanyakan : Q/t = ?

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

PEMBAHASAN

d

TkA

t

Q

= 208500 W

DIJAWAB :

PEMBAHASAN

𝑄𝑡

=(0,8

𝑊𝑚𝐾

)(3,0𝑚 ²)(278𝐾 )

(3,2𝑥10 ˉ 3𝑚)

2. Sebuah tongkat terdiri dari batang tenbaga yang panjangnya 50cm yang

dihubungkan dengan batang baja yang panjangnya 30cm. Diameter kedua

batang sama. Jika ujung batang tembaga bertemperatur 60oC dan ujung batang

baja bertemperatur 20oC, jika dianggap tidak ada panas yang hilang

disepanjang tongkat, hitunglah temperatur di sambungan. (Ktembaga = 0,92 Kal/det

cm oC ; Kbaja = 0,12 Kal/det cm oC))

PILIH SOAL :

LATIHAN

1 2 3 4

(Q/t)1 = (Q/t)2

A1 = A2

K1 = 0,92 Kal/det cm oC

K2 = 0,12 Kal/det cm oC

∆T = T1-T2 = 60oC-20oC

= 40oC

L1 = 50 cm

L2 = 30 cm

Ditanyakan : Tx = ?

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

PEMBAHASAN

DIJAWAB :

(0,92𝐾𝑎𝑙

det𝑐𝑚°𝐶)(60 °𝐶−𝑇𝑥)

(50𝑐𝑚)=

(0,12𝐾𝑎𝑙

det𝑐𝑚°𝐶)(𝑇𝑥−20°𝐶 )

(30𝑐𝑚)

(30𝑐𝑚)(0,92𝐾𝑎𝑙

det 𝑐𝑚°𝐶)(60 °𝐶−𝑇𝑥)=(50𝑐𝑚)(0,12

𝐾𝑎𝑙det𝑐𝑚°𝐶

)(𝑇𝑥−20 °𝐶)

27,6 (60 °𝐶−𝑇𝑥 )=6 (𝑇𝑥−20°𝐶 )

1656

27,6𝑇𝑥+6𝑇𝑥=120 °𝐶+1656 °𝐶

33,6𝑇𝑥=1776 °𝐶

𝑻𝒙=𝟓𝟑°𝑪

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.

K O N V E K IS

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

K O N V E K IS

Angin Laut

Angin Darat

Konveksi Alami

K O N V E K IS

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 kalor :

K O N V E K IS

3. Gas dengan koefisien konveksi termal 0,05 kal/s cm2 oC dirambatkan

didalam pipa dengan luas penampang 10 cm2. Gas mengalir dari tempat

bersuhu 80oC ke tempat lain yang suhunya 70oC. besar kalor yang

dipindahkan selama satu jam adalah.... Kalori.

C. 18000

B. 61000

A. 81000 D. 14000

E. 68000

PILIH SOAL :

LATIHAN

1 2 3 4

h = 0,05 kal/s cm2 oC

A = 10 cm2

ΔT = (80-70)oC =10oC

t = 1 jam = 3.600 sekon

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

Q = ?

PEMBAHASAN

= 18000 kalori

DIJAWAB :

Q = H.t = h.A. ΔT.t

Q = 0,05 x 10 x 10 x 3.600

PEMBAHASAN

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 : Pendiangan rumah, efek rumah kaca, panel surya.

IR A D A S I

Radiasi gelombang

elektromagnetik matahari

menghangatkan kita sebagai

makhluk hidup dibumi,

walaupun melewati hampa

udara.

IR A D A S I

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)”

Dapat ditulis dengan persamaan :

Tidak semua benda dianggap hitam sempurna, sehingga rumus dapat ditulis :

Dimana : σ = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

 

IR A D A S I

 

4. Sebuah benda hitam berbentuk bola dengan jari-jari 5 cm dijaga pada suhu

konstan 327oC. Laju kalor yang dipancarkan adalah sebesar.... Joule/s

E. 203,73B. 373,20

A. 730,23 D. 230,73

C. 337,20

PILIH SOAL :

LATIHAN

1 2 3 4

e = 1

A = 4r2= 4(4,13)(5x10-2)2

= 3,14 x 10-2 m2

T = 327 + 273 = 600 10-2

= 5,67 x 10-8 W/m2 K4

DIKETAHUI :

DITANYAKAN :

H = Q/t

PEMBAHASAN

= 230,73 J/s

DIJAWAB :

H = eAT4

H = (1)(5,67 x 10-8)(3,14 x 10-2)(600) 4

PEMBAHASAN