Lämmönsiirto

On olemassa kolme tyyppiä lämmönsiirto atau lämmönsiirto, mukaan lukien lämmönsiirto johtumisen, konvektion ja säteilyn avulla.

Lämmönsiirto johtumisen avulla. Kun korkean lämpötilan omaava kappale joutuu kosketuksiin matalan lämpötilan omaavan kappaleen kanssa, energiaa siirtyy korkean lämpötilan kappaleesta matalan lämpötilan kappaleeseen. Tämä lisäenergia saa kappaleen muodostavat atomit ja molekyylit liikkumaan nopeammin. Liikkuessaan molekyyleillä on kineettistä energiaa (EK = ½ mv).²). Nopeammin liikkuvat molekyylit (joilla on suurempi kineettistä energiaa) törmäävät viereisiinsä molekyyleihin. Nämä molekyylit törmäävät sitten viereisiinsä molekyyleihin. Ja niin edelleen. Molekyylit siis törmäävät toisiinsa ja siirtävät energiaa. Lämmönsiirto Johtumista, joka tapahtuu kappaleen muodostavien molekyylien törmäyksissä, kutsutaan johtumiseksi. Johtumista tapahtuu yleensä kiinteissä kappaleissa tai kiinteistä kappaleista nesteisiin (nestemäisistä kappaleista kiinteisiin kappaleisiin) tai kiinteistä kappaleista kaasumaisiin kappaleisiin (kaasumaisista kappaleista kiinteisiin kappaleisiin).

Perpindahan kalor secara konveksi. Konveksi biasanya terjadi pada benda cair (misalnya air) dan benda gas (misalnya udara). Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan benda akibat adanya perubahan massa jenis benda tersebut. Massa jenis benda berubah karena volume benda berubah. Volume benda berubah karena benda menyerap sejumlah kalor.

Perpindahan kalor secara radiasi. Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contoh radiasi adalah hangatnya tubuh anda ketika berada di dekat tungku api dan radiasi dari matahari menuju bumi. Matahari memiliki suhu lebih tinggi (sekitar 6000 Kelvin), sedangkan bumi memiliki suhu yang lebih rendah. Adanya perbedaan suhu antara matahari dan bumi menyebabkan kalor berpindah dari matahari (suhu lebih tinggi) menuju bumi (suhu lebih rendah). Seandainya radiasi dari matahari menuju bumi memerlukan perantara, sebagaimana konduksi dan konveksi, maka kalor tidak mungkin tiba di bumi karena kalor harus melewati ruang hampa.

Ongelmaesimerkki

1. Fysiikan SMA/MA-yliopiston valtakunnallisen kokeen kysymys nro 19 2015/2016

Batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari logam yang berbeda digabung seperti pada gambar di samping ini. Jika konduktivitas termal logam I = 4 kali konduktivitas logam II, maka suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah…

45^oC

B. 40^oC

C. 35^oC

D. 30^oC

E.25^oC

Keskustelu

Tiedetään, että:

Metallin lämmönjohtavuus I = 4k

Metallin lämmönjohtavuus II = k

Suhu tepi logam I = 50^oC

Suhu tepi logam II = 0^oC

Kysytty: Lämpötila kahden metallin liitoskohdassa

Vastaus:

Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava:

Kuvaus: Q/t = lämmönsiirtonopeus, k = lämmönjohtavuus, A = pinta-ala, T₁-T₂ = lämpötilan muutos, l = sauvan pituus

Kedua logam mempunyai ukuran yang sama sehingga A dan l dihilangkan dari persamaan.

Oikea vastaus on B.

2. Fysiikan SMA/MA-yliopiston valtakunnallisen kokeen kysymys nro 19 2015/2016

Gambar berikut ini menunjukkan batang logam A dan B yang jenisnya berbeda disambung pada salah satu ujungnya.

Luas penampang kedua batang sama, tetapi panjang A dua kali panjang B dan koefisien konduksi termal A adalah 3 kali B. Jika ujung bebas A dan B dikenakan suhu yang besarnya berbeda, maka suhu tepat pada sambungan adalah…

60^oC

B. 64^oC

C. 70^oC

D. 76^oC

E.78^oC

Keskustelu

Tiedetään, että:

Konduktivitas termal batang A = 3k

Konduktivitas termal batang B = k

Panjang batang A = 2l

Panjang batang B = l

Suhu tepi batang A = 100^oC

Suhu tepi batang B = 40^oC

Kysytty: Suhu pada sambungan kedua batang

Vastaus:

Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava:

Kuvaus: Q/t = lämmönsiirtonopeus, k = lämmönjohtavuus, A = pinta-ala, T₁-T₂ = lämpötilan muutos, l = sauvan pituus

Kedua batang mempunyai luas penampang sama sehingga A dihilangkan dari persamaan.

Oikea vastaus on D.

3. Fysiikan SMA/MA-yliopiston valtakunnallisen kokeen kysymys nro 14 2014/2015

Perhatikan pernyataan berikut :

(1) konduktivitas logam

(2) perbedaan suhu ujung-ujung logam

(3) panjang logam

(4) massa logam

Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah….

A. (1), (2) ja (3)

B. (1) ja (4)

C. (2) ja (4)

D. (3) ja (4)

Vain E. (4)

Keskustelu

Perpindahan kalor pada logam merupakan perpindahan kalor secara konduksi. Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava:

Kuvaus: Q/t = lämmönsiirtonopeus, k = lämmönjohtavuus, A = pinta-ala, T₁-T₂ = lämpötilan muutos, l = sauvan pituus

Oikea vastaus on A.