• Share it :

Rambatan Kalor

Perpindahan kalor pada suatu benda dapat melalui beberapa metode, hal ini karena kalor merupakan energi yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Pada waktu memasak air, kalor berpindah dari api ke panci lalu ke air. Pada waktu menyetrika, kalor berpindah dari setrika ke pakaian. Demikian juga pada waktu berjemur, badan kita terasa hangat karena kalor berpindah dari matahari ke badan kita.

Metode Perpindahan Kalor

Ada tiga cara kalor berpindah dari satu benda ke benda yang lain, yaitu konduksi, kenveksi, dan radiasi.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

kehidupan sehari-hari. Coba pegang leher kita! Terasa hangat, bukan? Hal ini menunjukkan ada kalor yang mengalir ke tangan kita. Demikian jika sepotong sendok makan yang kita bakar pada api lilin, lama kelamaan tangan kita merasakan hangat dan akhirnya panas. Peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya disebut konduksi. 

(Ujung besi yang dipanaskan menyebabkan ujung yang lain ikut panas)

Perpindahan kalor dengan cara konduksi disebabkan karena partikel-partikel penyusun ujung zat yang bersentuhan dengan sumber kalor bergetar. Makin besar getarannya, maka energi kinetiknya juga makin besar. Energi kinetik yang besar menyebabkan partikel tersebut menyentuh partikel di dekatnya, demikian seterusnya sampai akhirnya kita merasakan panas. Besarnya aliran kalor secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika  merupakan kelajuan hantaran kalor (banyaknya kalor yang mengalir per satuan waktu) dan ΔT = T₂ – T₁ , maka persamaan di atas menjadi seperti berikut.

H = k × A ×

Keterangan:

Q : banyak kalor yang mengalir (J)
A : luas permukaan (m2)
Δt : perbedaan suhu dua permukaan (K)
d : tebal lapisan (m)
k : konduktivitas termal daya hantar panas (J/ms K)
t : lamanya kalor mengalir (s)
H : kelajuan hantaran kalor (J/s)

Setiap zat memiliki konduktivitas termal yang berbeda-beda. Konduktivitas termal beberapa zat ditunjukkan pada tabel berikut.

 

(Konduktivitas Termal Beberapa Zat)

Ditinjau dari konduktivitas termal (daya hantar kalor), benda dibedakan menjadi dua macam, yaitu konduktor kalor dan isolator kalor. Konduktor kalor adalah benda yang mudah menghantarkan kalor. Hampir semua logam termasuk konduktor kalor, seperti aluminium, timbal, besi, baja, dan tembaga. Isolator kalor adalah zat yang sulit menghantarkan kalor. Bahanbahan bukan logam biasanya termasuk isolator kalor, seperti kayu, karet, plastik, kaca, mika, dan kertas.

Berikut contoh alat-alat yang menggunakan bahan isolator dan konduktor kalor.
a. Alat-alat yang menggunakan bahan isolator kalor, antara lain:

1) pegangan panci presto,
2) pegangan setrika, dan
3) pegangan solder.

b. Alat-alat yang menggunakan bahan konduktor kalor, antara lain:

1) kawat kasa,
2) alat-alat untuk memasak,
3) setrika listrik, dan
4) kompor listrik.

Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.

a. Konveksi pada Zat Cair

Ternyata zat warna bergerak mengalir berlawanan arah jarum jam. Mula-mula air yang dipanaskan naik, kemudian membelok ke kiri mengikuti bentuk alat konveksi, lalu turun, dan membelok lagi ke tempat yang dipanaskan, begitu seterusnya. Hal ini dapat terjadi karena massa jenis partikel-partikel air yang dipanaskan akan mengecil sehingga bagian air ini akan terangkat ke atas, sedangkan bagian air yang semula berada di atas akan turun karena massa jenis partikel-partikelnya lebih besar. Itulah yang menyebabkan aliran partikelpartikel air pada alat konveksi terjadi.

Jadi, perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis zat. Konveksi air banyak dimanfaatkan dalam pembuatan sistem aliran air panas di hotel, apartemen, atau perusahaan-perusahaan besar.

b. Konveksi pada Gas

Ternyata asap di atas cerobong yang tidak dipanaskan akan bergerak turun ke dalam kotak lalu mengalir ke atas lilin dan keluar lagi melalui cerobong yang dipanaskan. Hal ini terjadi karena udara di dalam kotak yang terkena panas lilin, massa jenisnya mengecil dan terangkat ke atas melalui cerobong yang dipanaskan, sedangkan massa jenis asap lebih besar sehingga akan bergerak turun masuk ke dalam kotak.

Contoh konveksi udara dalam kehidupan sehari-hari, antara lain, sebagai berikut.

1. Sistem ventilasi rumah. Udara panas di dalam rumah akan bergerak naik dan keluar melalui ventilasi. Tempat yang ditinggalkan akan diisi oleh udara dingin melalui ventilasi yang lain sehingga udara di dalam rumah lebih segar.
2. Cerobong asap pabrik. Pada pabrik-pabrik, udara di sekitar tungku pemanas suhunya lebih tinggi daripada udara luar, sehingga asap pabrik yang massa jenisnya lebih kecil dari udara luar akan bergerak naik melalui cerobong asap.
3. Angin laut dan angin darat. Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan. Udara di daratan memuai sehingga massa jenisnya mengecil dan bergerak naik ke atas. Tempat yang ditinggalkan akan diisi oleh udara dingin dari laut, maka terjadilah angin laut. Sebaliknya, pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Udara di atas laut memuai, massa jenisnya mengecil dan bergerak ke atas. Tempat yang ditinggalkannya akan diisi oleh udara dingin dari darat, maka terjadilah angin darat.

 

(Proses terjadinya angin darat dan laut)

Adapun secara empiris laju perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagi berikut.

H = h · A · ΔT⁴

Keterangan

H : laju perpindahan kalor (W)
A : luas permukaan benda (m² )
ΔT : t₂ – t₁ = perbedaan suhu (K atau ° C)
h : koefisien konveksi (Wm^-2K^-4 atau Wm^-2(°C)⁴)

Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Pernahkah kita berpikir, bagaimana panas matahari sampai ke bumi? kita ketahui bahwa di antara matahari dan bumi terdapat lapisan atmosfer yang sulit menghantarkan panas secara konduksi maupun konveksi. Selain itu, di antara matahari dan bumi juga terdapat ruang hampa yang tidak memungkinkan terjadinya perpindahan kalor. Dengan demikian, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi tidak memerlukan perantara. Perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara (medium) disebut radiasi.

Setiap benda mengeluarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Laju radiasi dari permukaan suatu benda berbanding lurus dengan luas penampang, berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, dan tergantung sifat permukaan benda tersebut. Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.

H = Aeσ T4

Keterangan:

H : laju radiasi (W)
A : luas penampang benda (m²)
T : suhu mutlak (K)
e : emisitas bahan
σ : tetapan Stefan-Boltzmann (5,6705119 × 10^-8 W/mK⁴)

Dari uraian diatas dapat kita peroleh metode konduksi, konveksi, dan radiasi sebagai cara perpindahan kalor.

Sumber : http://fisikazone.com/perpindahan-kalor-kelas-10/