Perpindahan Kalor

Ketika pulang sekolah panas matahari menyengat kulit kita, padahal jarak antara matahari dengan bumi sangatlah jauh. Mengapa peristiwa ini dapat terjadi?? Untuk mengetahuinya mari kita belajar tentang perpindahan kalor.

Kalor merupakan bentuk energi yang dapat berpindah karena perubahan suhu benda. Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi (benda yang panas) kebenda bersuhu rendah (benda yang dingin). Contohnya ketika kita memasak air. Api memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan panci dan air yang digunakan untuk memasak air.

Kalor dapat berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Apa perbedaan antara ketiga cara perpindahan kalor tersebut??untuk mengetahuinya mari kita bahas satu-satu.

1.      Konduksi (hantaran)

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu benda tanpa disertai perpindahan partikel benda itu. Perpindahan kalor secara konduksi berlangsung pada benda padat terutama logam.

Perhatikan sebatang tembaga yang dipegang salah satu ujungnya sedangkan ujung yang lain dipanaskan. Apa yang akan terjadi???setelah ujung tembaga mengenai api lama kelamaan ujung tembaga yang kita pegang terasa panas. Berarti kalor berpindah dari api ketangan kita melalui batang tembaga

Bagaimana proses perpindahan kalor pada tembaga tersebut???

Mula-mula api memberikan kalor pada ujung tembaga yang berada di dekatnya. Kalor menyebabkan partikel tembaga pada bagian tersebut bergetar dengan hebat. Partikel yang bergetar itu selanjutnya menumbuk partikel lain yang ada di sekitarnya. Tumbukan antar partikel menyebabkan partikel yang tadinya dingin menjadi panas. Tumbukan terus berlanjut sampai keujung batang yang kita pegang . ingat partikel benda tidak ikut berpindah, partikel hanya bergetar disekita posisinya.

Berdasarkan daya hantar kalor, benda dibedakan menjadi dua, yaitu:

1.  Konduktor

Konduktor adalah benda yang memiliki daya hantar kalor yang baik. Contohnya: besi, baja, tembaga dll

2.   Isolator

Isolator adalah benda yang memiliki daya hantar kalor yang kurang baik. Contohnya:n plastic, kayu, kaca dll

Laju konduksi kalor melalui sebuah dinding bergantung pada 4 besaran yaitu:

1.      Perbedaan suhu (ΔT)

   Makin besar perbedaan suhu suatu benda, makin cepat perpindahan kalornya

2.      Ketebalan dinding (d)

   Semakit tebal dinding semakin lambat perpindahan kalor

3.      Luas permukaan (A)

   Semakin besar luas permukaan, perpindahan kalor semakin cepat.

4.    Konduktivitas termal (k) yang merupakan ukuran kemampuan zat dalam menghantarkan kalor.

   Semakin besar nilai k, perpindahan kalor semakin cepat.

Laju konduksi kalor dinyatakan dalam bentuk persamaan:

H = Q/t = kAΔT / d

2.      Konveksi (aliran)

Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada benda cair dan gas yang mengalami pemanasan. Pada zat cair, pemanasan mengakibatkan massa jenis bagian yang panas dan bagian yang dingin menjadi berbeda. Bagian benda yang panas memiliki massa jenis yang lebih kecil di bandingkan bagian yang dingin.

Contoh konveksi pada benda cair adalah pemanasan air. Bagaimana proses terjadinya konveksi kalor pada pemanasan air???

 gambar perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi pada pemanasan air

           Pemanasan mengakibatkan air dibagian bawah tabung menjadi cepat panas daripada bagian atas tabung. Akibatnya, air panas dibagian bawah tabung akan naik keatas dan air dingin pada bagian atas tabung akan turun kebawah karena massa jenisnya lebih besar daripada massa jenis air panas. Proses ini berlangsung terus menerus sehingga terbentuk aliran air yang disebut aliran konveksi.

Terdapat 2 jenis konveksi yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Konveksi alami terjadi pada system ventilasi rumah, terjadinya andin darat dan angin laut. Sedang konveksi paksa terjadi misalnya pada pendingin mesi mobil, alat pengering rambut, dll.

Laju kalor konduksi ditulis dalam bentuk persamaan:

H = Q / t = h A ΔT

H = Q / t = laju kalor konveksi (J/s)

h = koefisien konveksi (watt/m² K)

A = luas permukaan benda (m²)

ΔT = perbedaan suhu (K)

3.      Radiasi (pancaran)

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara (medium) karena dibawa dalam bentuk elektromagnetik.

Ketika kita berjalan disiang hari kita akan merasakan panasnya matahari mengenai kulit kita. Bagaimana panas matahari dapa mencapai bumi???

Panas matahari tidak akan mungkin berpindah secara konduksi atau konveksi. Mengapa???karena antara matahari dengan bumi hanya terdapat ruang hampa udara yang sangat luas. Ruang hampa udara tidak dapat menghantarkan panas secara konduksi dan konveksi. Berarti perpindahan panas matahari hanya dapat terjadi secara radiasi. Perpindahan kalor terjadi melalui gelombang elektromagnetik. Contohnya ketika kita berada di dekat api unggun, badan kita

Terasa hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ketubuh kita melalui radiasi. Contoh pemanfaatan radiasi dalam kehiduupan sehari-hari antara lain pada tungku pemanas ruangan, rumah kaca dan panel surya.

Laju kalor radiasi dinyatakan oleh persamaan berikut:

H = Q / t = eσAT⁴

H = Q/t = laju kalor radiasi

e = emisivitas

σ = tetapan Stefan Boltzmann = 5,67 x 10^-8 w/m²K⁴

A = luas permukaan benda (m²)

T = suhu mutlak permukaan benda (K)

untuk menguji pemahaman anda silakan kerjakan soal perpindahan kalor disini