Perpindahan Kalor

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Perpindahan Kalor. Apa sih itu Perpindahan Kalor? Apa saja jenis-jenis Perpindahan Kalor? Bagaimana cara menjawab soal-soal Fisika terkait Perpindahan Kalor? Untuk mengetahuinya, yuk simak penjelasan berikut!

Pengertian Perpindahan Kalor

Kalor adalah energi panas yang dapat berpindah dari satu titik ke titik lainnya. Kalor dinotasikan dengan Q dan memiliki satuan internasional J (Joule). Satuan kalor juga bisa dinyatakan dengan kal (kalori), tapi satuan kal bukanlah satuan internasional (SI). 

1 kalori = 4,2 Joule

1 Joule = 0,24 Kalori

Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Berikut ilustrasi perpindahan kalor:

Ketika benda yang bersuhu lebih tinggi bersentuhan dengan benda yang bersuhu lebih rendah, maka kalor yang ada pada benda bersuhu tinggi akan mengalir ke benda yang bersuhu rendah. Dalam waktu tertentu kedua benda akan mencapai suhu setimbang (suhunya sama), artinya pada saat setimbang tidak ada lagi kalor yang mengalir.

Ada tiga jenis perpindahan kalor, yaitu:

1. Konduksi
2. Konveksi
3. Radiasi

Berikut penjelasan dari 3 jenis perpindahan tersebut:

Konduksi

Konduksi adalah proses perpindahan kalor yang terjadi pada suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel dari zat tersebut. Konduksi biasanya terjadi pada zat padat terutama yang bersifat konduktor. Perhatikan gambar berikut:

Jika anda membakar sebuah batang logam pada salah satu ujungnya dan ujung lainnya anda pegang, maka dalam selang waktu beberapa saat tangan anda akan merasakan panas pada ujung batang logam yang anda pegang meskipun ujung tersebut tidak bersentuhan langsung dengan api.

Pada proses perpindahan kalor dari ujung batang logam yang panas ke ujung batang logam yang dingin tidak terjadi perpindahan partikel-partikel logam dalam batang, proses inilah yang disebut perpindahan kalor secara konduksi.

Konduksi disebut juga perpindahan kalor secara hantaran, karena terjadi akibat tumbukan partikel atau molekul perantara saat zat dipanaskan. Pamanasan tersebut akan mempuat partikel zat bergetar ditempatnya dengan kuat hingga mampu mengetarkan partikel lain yang ada disekitarnya sambil mentransfer energi.

Perpindahan kalor secara konduksi dipengaruhi oleh:

• Jenis zat
• Panjang zat
• Luas Penampang
• Perbedaan suhu

Berikut rumus laju perpindahan kalor secara konduksi:

H kadang-kadang ditulis dengan Q/t atau jumlah kalor per waktu.

Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor yang terjadi pada suatu zat dengan disertai perpindahan partikel-partikel dari zat tersebut. Konveksi biasanya terjadi pada zat alir (fluida)  seperti zat cair dan gas. Perhatikan gambar berikut:

Contoh konveksi adalah proses memanaskan air. Ketika air dipanaskan maka air akan mengalami pemuaian (kecuali pada keadaan anomali yakni suhu 0-4^oC), selama masa pemuaian tersebut massa jenis air akan berkurang sehingga membuatnya lebih ringan dan bergerak keatas, tempatnya kemudian akan digantikan oleh air yang bergerak kebawah karena massa jenisnya lebih besar dan suhunya lebih rendah. Demikian seterusnya, air akan berpindah sambil membawa kalor dan terus berputar naik turun.

Perpindahan kalor secara konveksi dipengaruhi oleh:

• Koefisien konveksi termal
• Luas permukaan
• Perbedaan suhu

Berikut rumus laju perpindahan kalor secara konveksi:

H : Kalor yang dialirkan setiap detik (J/s)

h : Koefisien konveksi termal (J/sm^oC)

A : Luas penampang (m²)

ΔT : Perbedaan suhu (^oC)

Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan kalor yang terjadi dalam bentuk perambatan gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan adanya zat perantara (medium). Radiasi benda memancarkan kalornya secara langsung ke benda-benda yang bisa terjaungkau di sekitarnya. Sebagai contoh, matahari memancarkan panasnya ke bumi secara radiasi. Contoh lain seperti gambar berikut :

Ketika kita dekat dengan bara api, kita akan merasakan panas meskipun kita tidak menyentuh api tersebut. Perpindahan panas tersebut dari api ke tubuh terjadi secara radiasi, yang berpindah dengan memancarkan panasnya. Perpindahan kalor secara radiasi dipengaruhi oleh:

• Emisivitas (kemampuan benda melepas kalornya)
• Luas penampang benda
• Suhu benda

Berikut rumus laju perpindahan kalor secara Radiasi:

Keterangan:

W : Kalor yang dipancarkan setiap detik (J/s)

e : Emisivitas benda (0<e<1) untuk benda hitam e = 0

σ : Konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10^-8 watt/m²K⁴)

A : Luas permukaan benda (m²)

T : Suhu permukaan benda (K)

Contoh Soal

Sebatang aluminium memiliki luas penampang 2 cm² dan panjang 1 m. Ujung-ujung batang bersuhu 20^oC dan 50^oC. Hitunglah banyak kalor yang mengalir setiap detiknya! (k = 500 J/sm^oC)

Penyelesaian :

Diketahui :

A = 2 cm² = 2 x 10^-4 m²

L = 1 m

ΔT = 50^oC – 20^oC = 30^oC

k = 500 J/sm^oC

H = . . . ?

Rumus :

Demikianlah pembahasan kita terkait Perpindahan Kalor. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Untuk memahami fisika lebih dalam, yuk baca berbagai materi fisika SMA pada halaman website ini dengan mengklik: Materi Fisika SMA.