PERPINDAHAN KALOR

1. KONDUKSI

Peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya disebut konduksi. Perpindahan kalor dengan cara konduksi disebabkan karena partikel-pertikel penyusun ujung zat yang bersentuhan dengan sumber kalor bergetar. Makin besar getaranya, maka energi kinetiknya juga makin besar. Energi kinetik yang besar menyebabkan partikel tersebut menyentuh partikel didekatnya, demikian seterrusnya. Jumlah kalor tiap detik di rumuskan:

H = Jumlah kalor yang merambat tiap detik (J/s)

k  = Koefisien konduksi termal (J/msK)

A  = luas penampang batang (m)

L  = Panjang Batang (m)

∆ T = perbedaan suhu antara kedua ujung batang (K)

Contoh Soal

1 batang logam dengan panjang 2 meter, memiliki luas penampang 20 cm2  dan perbedaan suhu kedua ujungnya 500C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms0C, tentukan jumlah kalor yang dirambatkan per satuan luas persatuan waktu!

Diketahui : L = 2 m

A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2

k = 0,2 kal/ms0C

∆ T = 500C

Ditanya  :  H

Jawab     :

H = k A ∆ T/L

= (0,2 kal/ms0C)(2 x 10-3 m2) 500C/2 m

= 0,01 kal/s

2. KONVEKSI

Perambatan kalor yang disertai perpindahan massa atau perpindahan partikel-partikel zat perantaranya seperti partikel udara disebut konveksi. untuk menghitung laju kalor secara konveksi, yang merambat tiap detik dapat digunakan persamaan :

H = Laju perpindahan (J/s)

h = koefisien konveksi termal (j/sm2K)

A = Luas permukaan (m2)

∆ T = Perbedaan suhu (K)

Contoh Soal

Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kal/ms0C memiliki luas penamoang aliran 20 cm2. jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu 1000C ke dinding lainya yang bersuhu 200C, kedua dinding sejajar, berapakah besarnya kalor yang dirambatkan?

Diketahui :

h = 0,01 kal/ms0C

A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2

∆ T = (1000C-200C) = 800C

Jawab :

H = h A ∆ T

= (0,01 kal/ms0C) (2 x 10-3 m2) (800C)

= 16 x 10-4 kal/s

3  RADIASI

Radiasi adalah perpindahan kalor pada suatu zat tanpa melalui zat perantara, misalnya, pancaran sinar Matahari sampai ke Bumi melalui hampa udara. Besarnya kalor yang dipancarkan dinyatakan.

Q = Kalor yang dipancarkan benda (J)

T = suhu mutlak (K)

e = emisitas bahan

σ = Tetapan stefan-Boltzman (5,672 x 10-8 W/m2K4 )

A = Luas Penampang benda (m2)

Contoh Soal

Sebuah lampu pijar menggunakan kawat wolfram dengan luas 10-6 m2 dan emisivitasnya 0,5. Bila bola lampu tersebut berpijar pada suhu 1.000 K selama 5 sekon (σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4 ), hitunglah jumlah energi radiasi yang dipancarkan!

Diketahui :

T = 1.000 K

A = 10-6 m2

t = 5 s

e = 0,5

σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4 

Ditanya : Q

Jawab :

∆Q/∆t = e σ A T4 

∆Q = e σ A T4 ∆t

= (0,5) (5,67 x 10-8 W/m2K4 ) (10-6 m2) (1.000 K)4(5s)

= 14,175  x 10-2 J