PERPINDAHAN KALOR

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.

4.      Mencegah Perpindahan Energi Kalor

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.