A.
Tujuan Pembelajaran
1.
Menjelaskan pengertian kalor.
2.
Menjelaskan pengertian perpindahan kalor secara konduksi.
3.
Menyebutkan contoh perpindahan kalor secara konduksi dalam kehidupan
sehari-hari.
4.
Menjelaskan pengertian perpindahan kalor secara konveksi.
5.
Menyebutkan contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan
sehari-hari.
6.
Menjelaskan pengertian perpindahan kalor secara radiasi.
7.
Menyebutkan contoh perpindahan kalor secara radiasi dalam kehidupan
sehari-hari.
B. Bahan Ajar
PERPINDAHAN KALOR
Sebelum membahas perpindahan
kalor, ada baiknya kita
berkenalan dulu dengan kalor. Apa itu kalor ? dalam kehidupan sehari-hari kalor
juga disebut sebagai panas. Kalor atau panas di definisikan sebagai suatu
bentuk energi yang
mengalir dari benda bersuhu tinggi menuju benda yang suhunya lebih rendah. Dari
pengertian tersebut, dapat disimpulkan bahwa kalor akan mengalir atau berpindah
jika ada perbedaan suhu antara dua medium.
Perpindahan kalor
dibedakan menjadi tiga jenis yaitu
perpindahan kalor secara radiasi, perpindahan kalor secara konduksi dan
perpindahan kalor secara konveksi.
1. Konduksi
Proses
perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat
itu disebut konduksi atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang
besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas. Coba perhatikan gambar berikut:
Pada batang besi yang dipanaskan, kalor
berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat terjadinya
konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan
kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan,
yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan
kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan
kalor (penghantar yang buruk).
Untuk persamaan yang digunakan adalah:
Dimana :
Q/t =
laju perpindahan kalor(J/s)
k = konduktivitas termal bahan (W/m2
K)
A = luas penampang bahan (m2)
∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K)
L = panjang atau tebal batang (m)
2.
Konveksi
Proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai
dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau
aliran. Konveksi dapat terjadi pada pada zat-zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair
dan gas.
a.
Konveksi pada Zat Cair
Syarat
terjadinya konveksi pada zat cair adalah adanya pemanasan. Hal ini
disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah tempat. Konveksi yang terjadi pada zat cair dapat
dilihat pada gambar berikut.
Bagian minyak
yang dipanaskan akan memuai. Karena memuai, massa jenisnya menjadi kecil
sehingga minyak naik ke permukaan. Tempatnya akan digantikan oleh minyak dari
tempat lain dan terjadilah aliran. Aliran minyak dapat diamati dengan melihat
aliran pewarna makanan.
Molekul minyak
mengalir dari bawah ke atas. Dalam perjalanannya, molekul akan bertumbukan
dengan molekul-molekul minyak yang dilewatinya. Tumbukan antarmolekul ini
terjadi terusmenerus sehingga semua bagian minyak akan menjadi panas. Dalam
peristiwa di atas, perpindahan kalor disertai dengan perpindahan
partikel-partikel zat yang dilewatinya disebut konveksi. Contoh konveksi kalor
pada gas adalah terjadinya angin di pegunungan dan di pantai.
b.
Konveksi pada Gas
Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara.
Seperti halnya pada air, rambatan (aliran)
kalor dalam gas (udara)
terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat
adanya
konveksi udara adalah sebagai berikut :
1)
Adanya angin laut. Angin
laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat
menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan
oleh udara dari lautan.
2)
Adanya angin darat, Angin
darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat
menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan
naik dan digantikan oleh udara dari daratan.
3)
Adanya sirkulasi udara pada
ruang kamar di rurnah
4)
Adanya cerobong asap
pabrik.
Untuk persamaan yang
digunakan adalah:
Dimana
:
Q/t = laju perpindahan kalor (J/s atau
W)
h = koefisien konveksi (W/m2
K)
A = luas penampang (m2)
∆T
= kenaikan suhu (K)
3.
Radiasi
Proses perpindahan kalor
tanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan
dalam bentuk gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang
cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api Apabila kita berdiam di dekat
api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar
tirai di antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai
itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:
Kalor
dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak
dapat merambat. Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau
menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau menyelidiki
adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar
berikut:
Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan
termoskop, kita dapat mengetahui bahwa:
1)
Permukaan yang hitam dan
kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.
2)
Permukaan yang putih dan
mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buiruk. Besar kecilnya energi radiasi yang diterima suatu benda, apat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
Dimana:
P = Daya Radiasi/Energi Radiasi setiap Waktu (watt).
Q = Kalor (Joule)
t = waktu (sekon)
A = Luas permukaan benda (m2)
T = Suhu mutlak benda (K)
e = Emisivitas bahan
= konstanta stefan
boltzmann (5,67 x 10- 8)
Q/t juga dikenal sebagai
laju perpindahan kalor secara radiasi atau laju radiasi energi.
Energi kalor dapat dicegah untuk berpindah dengan
mengisolasi ruang tersebut. Misalnya, pada penerapan beberapa peralatan
rumah tangga, seperti termos dan setrika listrik.
a.
Termos
Mengapa permukaan di dalam botol termos
mengilap? Dindinnya berlapis dua ruang di antara kedua
dinding itu dihampakan. Dengm demikian, zat cair yang ada di dalamnya
tetap panas untuk waktu yang relatif lama. Termos dapat
mencegah perpindahan kalor, baik secara konduksi, konveksi,
maupun radiasi.
b.
Setrika Listrik
Mengapa pakaian yang disetrika menjadi halus
atau tidak kusut? Di dalam setrika listrik terdapat filamen dari bahan
nikelin yang berbentuk kumparan. Kurnparan nikelin ini ditempatkan pada
dudukan besi. Ketika listrik mengalir, filamen setrika listrik menjadi
panas. Panas ini dikonduksikan pada dudukan besi dan akhirnya dikonduksikan
pada pakaian yang disetrika. Dengan demikian, setrika mengkonduksi kalor
pada pakaian yang disetrika.
Kesimpulan
Ada tiga
cara pemindahan panas yakni:
1.
Konduksi
Konduksi
ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara
permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi hanya dengan menyentuh atau menghubungkan
permukaan-permukaan yang
mengandung panas.
2. Konveksi
Pemindahan
panas berdasarkan gerakan fluida disebut konveksi. Dalam hal ini fluidanya
adalah udara di dalam ruangan.
3. Radiasi
Radiasi
ialah pemindahan panas atas dasar gelombang-gelombang elektromagnetik. Misalnya
tubuh manusia akan mendapat panas pancaran dari setiap permukaan dari suhu
yang lebih tinggi dan ia akan kehilangan panas atau memancarkan panas kepada
setiap obyek atau permukaan yang lebih sejuk dari tubuh manusia itu.
.jpg){kind=link}