Siapa yang saat memasak pernah tidak sengaja memegang ujung wajan lalu tangan mulai terasa melepuh? Atau menyetrika baju yang kusut hingga licin dan rapi? Dalam fisika, hal-hal tersebut merupakan contoh perpindahan kalor secara konduksi. Hmm, apa itu perpindahan kalor? Apakah perpindahan kalor dapat dihitung?
Tenang, artikel ini akan segera menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut. Hari ini kita akan membahas mulai dari pengertian kalor, macam-macam perpindahan kalor dalam fisika, rumus perpindahan kalor, hingga contoh soal dan pembahasannya. Jadi, jangan lewatkan pembahasan ini dan pastikan Anda membaca sampai selesai ya!
Apa Itu Kalor?
Kalor adalah bentuk energi atau jumlah panas yang terdapat pada sebuah benda. Perpindahan kalor artinya kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Meski begitu, tidak semua benda bisa menghantarkan panas dengan baik. Ada dua macam benda yang ada di sekeliling kita, yaitu benda konduktor dan isolator.
Benda-benda yang bersifat konduktor dapat menghantarkan panas dengan baik, misalnya besi, timah, air, alumunium, tembaga, dsb. Sedangkan benda-benda bersifat isolator tidak dapat menghantarkan panas dengan baik, seperti kayu, plastik, kain, kertas, karet, dsb.
Lalu apa pengertian dari besaran, satuan, dan dimensi?
Macam-Macam Perpindahan Kalor
Lalu, bagaimana cara kalor berpindah? Ada tiga macam perpindahan kalor, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Ketiganya sering kita temui dalam fenomena sehari-hari. Ketiga jenis tersebut juga memengaruhi cara menghitung perpindahan kalor dalam fisika.
Konduksi
Konduksi adalah proses perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Umumnya, konduksi terjadi pada zat padat yang bersifat konduktor (dapat menghantarkan panas). Contoh konduksi adalah bila sendok stainless dicelupkan ke minuman panas, lama-kelamaan sendok akan menjadi panas. Itu karena ada beberapa ciri konduksi, yaitu:
- Membutuhkan zat perantara (medium).
- Harus bersentuhan.
- Terjadi pada zat padat.
- Perpindahan kalor tidak diikuti zat perantaranya.
Pada fenomena ini, kalor berpindah dari bagian bersuhu tinggi ke bagian yang suhunya lebih rendah. Beberapa contoh perpindahan panas secara konduksi lainnya yang ada di sekitar kita adalah:
- Mentega yang dipanaskan meleleh di wajan saat dipanaskan
- Ujung spatula saat memasak akan terasa panas karena bersentuhan dengan minyak panas
- Knalpot akan panas ketika mesin kendaraan dihidupkan
- Tutup panci terasa panas saat digunakan untuk memasak
Rumus perpindahan kalor secara konduksi adalah:
Q/t = k.A.ΔT / l
Keterangan:
k = konduktivitas termal (W/m.K)
A = luas batang (m²)
l = panjang batas (m)
ΔT = perubahan suhu (K)
Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Saat partikelnya berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, terjadilah konveksi. Umumnya, konvensi terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Contoh perpindahan kalor secara konveksi adalah:
- Gerakan naik dan turun kacang hijau, kedelai, dan lainnya pada saat dipanaskan.
- Terjadinya angin darat dan angin laut.
- Gerakan balon udara.
- Asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi.
Rumus perpindahan kalor secara konveksi yaitu:
Q/t = h.A.ΔT
Keterangan:
h = koefisien konveksi (W/m.K)
A = luas batang (m²)
ΔT = perubahan suhu (K)
Radiasi
Radiasi melibatkan perpindahan panas dalam bentuk perambatan gelombang tanpa zat perantara. Karena tidak membutuhkan perantara, radiasi dapat terjadi di mana saja bahkan di udara, gas, atau ruang hampa. Panas matahari sampai ke bumi merupakan salah satu contoh radiasi. Perpindahan panasnya juga lebih cepat karena menggunakan gelombang elektromagnetik. Beberapa contoh perpindahan panas secara radiasi lainnya, yaitu:
- Panas api unggun yang menghangatkan tubuh saat berkemah di daerah dingin.
- Mengeringkan pakaian dengan dijemur di bawah terik matahari.
- Menetaskan telur dengan lampu.
- Menggunakan baju hitam di siang hari yang menyebabkan tubuh terasa panas.
Rumus perpindahan kalor secara radiasi yaitu:
Q/t = e.σ.ΔT⁴
Keterangan:
σ = konstanta stefan boltzman (5,67x10⁻⁸ W/m².K⁴)
A = luas batang (m²)
e = emisitas (0 ≤ e ≤ 1)
T = suhu (K)
Apakah perpindahan kalor dapat diukur dengan jangka sorong?
Contoh Soal dan Pembahasan
Setelah memahami apa itu perpindahan kalor, tiga jenis perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, dan rumus untuk menghitungnya. Kini saatnya Anda belajar langsung dari contoh soal dan pembahasan untuk mencari perpindahan panas suatu benda.
- Sebuah ruang dengan pendingin ruang (AC) memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,75 m dan tebalnya 3,2 mm. Jika suhu pada permukaan dalam kaca 25 derajad celsius dan suhu pada permukaan luar kaca 31 derajad celsius, maka laju konduksi kalor yang masuk ke ruang itu adalah... (konduktivitas termal kaca, k= 0,8 W/m.K)
Pembahasan:
Diketahui:
A = 2,0 m x 1,75 m = 3,5 m²
d = 3,2 mm = 3,2 x 10⁻³ m
k = 0,8 W/m.K
ΔT = 31 – 25 = 6◦C
Ditanya:
Q/t = ?
Jawab:
Q/t = k.A.ΔT / d
Q/t = (0,8 .3,5 .6)/(3,2 .10⁻³) = 5250 J
Jadi, laju konduksi kalor adalah 5250 joule.
- Batang besi homogen salah satu ujungnya dipanasi. Besi itu memiliki luas penampang 17 cm² dan konduktivitas termal 4 x 10⁵ J/s.m.°C, panjang batang 1 m dan perbedaan suhu kedua ujungnya 30° Kalor yang merambat dalam batang besi selama 2 sekon adalah...
Pembahasan:
Diketahui:
A = 17 cm² = 17 × 10⁻⁴ m²
k = 4 × 10⁵ J/s.m.°C
L = 1 m
ΔT = 30°C
t = 2 s
Ditanya: Q = ?
Jawab:
Q/t = (k.A.ΔT)/L
Q = (k.A.ΔT.t)/L
Q = (4×10⁵ .17×10⁻⁴.30×2)/1
Q = 4,08 × 10⁴ J
Jadi, kalor yang merambat dalam batang besi adalah 4,08 × 10⁴ Joule.
Nah, itulah pembahasan macam-macam perpindahan kalor beserta contohnya dalam kehidupan sehari-hari. Ternyata tanpa kita sadari, ada banyak perpindahan kalor yang terjadi di sekitar kita ya. Jika Anda tertarik dengan materi fisika, tidak ada salahnya memeriksa artikel-artikel kami lainnya tentang Fisika di website Superprof. Anda juga bisa menghubungi guru-guru Fisika berpengalaman di situs Superprof untuk les Fisika privat secara online maupun tatap muka. Selamat belajar!
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
