Perpindahan kalor

PERPINDAHAN KALOR

1.      Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui logam (zat padat) tidak diikuti oleh perpindahan partikel logam tersebut. Zat yang mudah menghantarkan kalor adalah konduktor. Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan panas.

Secara matematis, dapat dirumuskan :

      Q = k A ∆T t

  L

                  Keterangan :

                              Q         : Kalor (J)

                              A         : Luas (m²)

                              ∆T       : Selisih Suhu (^oC)

                              t           : waktu (s)

                              L          : Tebal (m)

                              k          : Konduktivitas kalor (tetapan)

Contoh  dalam kehidupan sehari-hari adalah :

1.      Memasak air menggunakan panci logam

Dalam kehidupan sehari - hari, peristiwa konduksi dapat diamati misalnya pada saat memasak air menggunakan panci logam di atas api kompor. Aliran panas dari api akan merambat melalui atom-atom dalam logam. Logam kemudian meneruskan panas yang diterima dari api ke molekul molekul air. Logam merupakan konduktor panas yang baik sehingga panas dari api akan cepat di hantarkan dan menyebabkan air segera mendidih.

2.      Membuat kopi atau minuman panas

Ketika kita membuat kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan sendok untuk mengaduk gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan ikut panas. Panas dari air mengalir ke seluruh bagian sendok.

3.      Membakar besi logam dan sejenisnya

Saat kita membakar besi logam dan sejenisnya. Walau hanya salah satu ujung dari besi logam tersebut yang dipanaskan, namun panasnya akan menyebar ke seluruh bagian logam sampai ke ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini menunjukkan panas berpindah dengan perantara besi logam tersebut.

4.      Solder

Untuk melekatkan komponen elektronika ke papan rangkaian kita menggunakan cairan timah dengan menyoldernya. Solder listrik akan menerima panas dari konversi energi listrik. Panas dari energy listrik ini akan diterukan ke ujung logam pada solder yang disentuhkan ke timah yang diposisikan di kaki-kaki komponen elektronika yang akan di lekatkan. Setelah beberapa saat, timah  akan  meleleh dan pada saat itu solder  kita angkat. Timah akan segera  mendingin  dan  membeku,  melekatkan  kaki komponen elektronika tadi ke papan rangkaian dengan kuat.

5.      Setrika listrik

Untuk merapikan dan mensterilkan pakaian, kita memerlukan sesuatu yang panas namun tidak merusak. Karena itulah kita perlu konduktor untuk menstransfer panas dari sumber panas tertentu ke pakaian kita. Kita memerlukan sebuah setrika. Setrika akan menstransfer panas dari sumber panas (mislya panas dari konversi energi istrik) ke pakaian. Panas di bagian logam pada setrika bertahan cukup lama sehingga memungkinkan kita menggunakannya untuk merapikan pakaian kita.

2.      Konvensi

Konveksi adalah perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Ada dua macam konvensi, yaitu : konvensi alami dan konvensi paksa. Konvensi alami terjadi misalnya pada proses terjadinya angin laut dan angin darat. Sedangkan konvensi paksa misalnya terjadi pada proses pendinginan mesin menggunakan air  pada radiator mobil dan proses pengeringan menggunakan hair dryer.

Secara sistematis, dapat dirumuskan :

    H = h A ∆T t

                 

Keterangan :

                              H         : Laju perambatan kalor (J/s)

                              A         : Luas (m²)

                              ∆T       : Selisih Suhu (^oC)

                              h          : Koefisien konveksi (J/m² s ^oC)

                              t           : Waktu (s)

Contoh dalam kehidupan sehari – hari adalah :

1.      Terjadinya angin laut  dan angin darat

Air laut merupakan kalor jenis yang lebih tinggi daripada daratan, sehingga matahari hanya memberikan efek yang sangat kecil pada suhu lautan. Sebaliknya, daratan menjadi panas sepanjang siang dan menjadi dingin sepanjang malam. Di dekat pesisir, perbedaan suhu antara daratan dan lautan ini menimbulkan angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari.

2.      Radiator mobil

Pada sistem pendingin mesin (radiator) air dipaksa mengalir melalui pipa-pipa dengan bantuan pompa air (water pump) . Panas mesin yang tidak dikehendaki dibawa oleh sirkulasi air tersebut menuju radiator. Di dalam radiator, air didinginkan dengan bantuan udara. Air yang telah mendingin ini kemudian di pimpa untuk mengulang kembali proses transfer panas dari mesin mebil ke radiator. Ingat bahwa proses konveksi melibatkan fluida (dalam kasus ini di wakili oleh air) sebagai penghantar panas. Air yang digunakan dalam radiator lama-lama akan berkurang akibat penguapan dan akhirnya akan habus. Oleh karena itu, radiator perlu diisi air kembali untuk memastikan lancarnya proses pendinginan mesin selama mobil berjalan.

3.      Pengering rambut (hairdryer)

Pada alat pengering rambut (hair dryer), kipas angin menarik udara disekitarnya dan meniupkan kembali setelah di lewatkan pada elemen pemanas di dalamnya. Dengan proses ini di peroleh arus konveksi paksa udara panas.

1.      Radiasi

Peristiwa radiasi kalor merupakan proses perpindahan panas melalui radiasi gelombang elektromagnetik, tanpa perlu medium. Peristiwa radiasi ini dapat anda simpulkan dari adanya perambatan panas tanpa ada medium berupa fluida (misalnya : angin, air atau asap) maupun  zat padat (misalnya : logam) yang menjadi perantaranya.

Secara sistematis, dapat dirumuskan :

   W = e σ T⁴

                  Keterangan :

                              W        : Energi (watt/m²)

                              σ          : Tetapan (5,7 x 10^-8 watt/m² K^o)

                              T          : Suhu mutlak (^oK)

                              e          : emisivitas (0 < e < 1)

                              T_b         : Suhu mutlak (K)

                              T^t         : Suhu lingkungan (K)

   W = e (T_b – T_t)⁴

1.      Oven microwave

Gelombang mikro (microwave) merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang mudah diserap oleh molekul-molekul air. Pada oven microwave, gelombang mikro didistribusiakan dari logam yang berputar serta logan pada dinding-dindingnya. Gelombang mikro mampu menembus plastic pembungkus makanan atau pirirng keramik dan akhirnya diserap oleh molekul – molekul air di dalam makanana yang sedang diamasak. Penyerapan energi gelombang mikro ini akan memanaskan makanan dan menjadikannya matang, siap dihidangkan.

2.      Radiasi panas dari tungku perapian

Di daerah berhawa dingin,biasanya di negara yang mengenal musim dingain (salju), penduduk memiliki tungku perapian untuk menghangatkan diri di saat dingin. Orang-orang hanya perlu berada di dekat tungku perapian yang menyala untuk bias merasakan udara hangat. Jadi, mereka tak perlu menempatkan diri di dalam asap perapian atau menggunkan logam yang di bakar untuk meraskan hangatnya perapian. Mereka hanya cukup mendekat saja dan radiasi elektromagneti dari api (akan menghantarkan hangatnya api ke tubuh merkan)

3.      Radiasi panas dari bola lampu

Ketika kita mendekatkan tangan kita pada bola lampu yang sedang menyala. Rasa panas lampu akan memengaruhi tangan kita sehingga tangan kita terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa rasa panas dari lampu dipindahkan secara radiasi atau pancaran.