8 Contoh soal perpindahan kalor secara konduksi
1. Fotokozani pogwiritsa ntchito zitsanzo, tanthauzo lake kusamutsa kutentha mwa kuwongolera ?
Zokambirana
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi melalui tumbukan antara atom/molekul penyusun benda. Misalnya tinjau sebatang besi yang dipanaskan. Salah satu ujung besi disentuhkan ke api dan ujung lainnya dipegang. Walaupun ujung besi yang dipegang tidak bersentuhan dengan api tetapi karena kalor/panas berpindah melalui batang besi maka ujung besi yang dipegang terasa panas. Bagaimana cara kalor berpindah dari satu satu ujung besi ke ujung besi lainnya ?
Ujung besi yang dipanaskan mendapat tambahan kalor. Kalori adalah energi yang secara alamiah berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Adanya tambahan energi menyebabkan atom/molekul penyusun besi bergetar semakin jauh dari posisi setimbangnya. Ketika bergetar semakin jauh, atom/molekul tersebut menumbuk atom/molekul di sebelahnya sehingga atom/molekul yang ditumbuk bergetar semakin jauh dan mempunyai energi semakin besar. Proses ini berlangsung seterusnya hingga kalor tiba pada ujung besi yang dipegang.
2. Mungkinkah perpindahan kalor secara konduksi terjadi antara atom/molekul zat cair ?
Zokambirana
Cermati contoh berikut ini. Ketika sebatang besi dipanaskan, kalor berpindah dari suatu atom/molekul besi ke atom/molekul besi lainnya sehingga bisa dikatakan perpindahan kalor secara konduksi terjadi antara atom/molekul zat padat. Perpindahan kalor secara konduksi tidak terjadi antara atom/molekul zat cair karena antara atom/molekul zat cair terjadi perpindahan kalor secara konveksi dan demikian juga antara atom/molekul zat gas terjadi perpindahan kalor secara konveksi.
3. Kutentha kwa matenthedwe bata adalah 0,84 J/m.s.Co dan konduktivitas termal wol adalah 0,040 J/m.s.Co. Manakah yang merupakan konduktor kalor yang lebih baik, bata atau wol ?
Zokambirana
Benda yang memiliki konduktivitas termal besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang baik) sedangkan benda yang memiliki konduktivitas termal kecil merupakan penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk).
Berdasarkan soal, konduktivitas termal bata lebih besar daripada konduktivitas termal wol sehingga bata merupakan penghantar kalor yang lebih baik dibandingkan wol.
4. Sebatang baja berbentuk silinder pejal mempunyai panjang 1 meter dan luas penampang 0,2 meter kuadrat. Konduktivitas termal baja adalah 40 J/m.s.Co. Jika selisih suhu antara kedua ujung baja adalah 10oC, tentukan laju perpindahan kalor secara konduksi pada batang baja tersebut !
Zokambirana
Amadziwika kuti:
Panjang baja (l) = 1 m
Luas penampang baja (A) = 0,2 m2
Konduktivitas termal baja (k) = 40 J/m.s.Co
Perbedaan suhu kedua ujung baja (ΔT) = 10oC
Anafunsa kuti: Laju perpindahan kalor secara konduksi (Q/t)
Yankho:
Fomula ya kuchuluka kwa kutentha komwe kumasamutsidwa ndi conduction:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 Joule/sekon
5. Logam A dan B mempunyai panjang dan luas penampang sama. Koefisien konduksi logam A = 1/6 kali koefisien konduksi logam B. Kedua logam dipanaskan pada salah satu ujungnya dan ternyata keduanya mengalami perubahan suhu yang sama. Maka perbandingan kelajuan hantaran kalor logam A dan logam B adalah …
A. 6: 1
B. 1: 6
C. 1: 5
D. 2: 1
E. 4: 1
Kukambirana:
Diketahui :
kA = 1/6 kB = 1 / 6
kB = 6/6 = 1
Anafunsa :
Perbandingan laju perpindahan kalor melalui logam A dan logam B ?
Yankhani :
Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
Kufotokozera: Q/t = kutentha kosinthira, k = kutentha kopitilira muyeso, A = malo opingasa, T1 = kutentha kwambiri, T2 = kutentha kochepa, l = kutalika kwa chinthu.
Panjang dan luas penampang kedua logam sama besar sehingga l dan A dilenyapkan dari persamaan. Perubahan suhu kedua logam sama sehingga (T1 - T2) dilenyapkan dari persamaan.
kA :kB
1/6: 6/6
1: 6
Yankho lolondola ndi B.
6. Dua zat padat P dan Q yang mempunyai ukuran yang sama tetapi jenisnya berbeda dilekatkan seperti pada gambar di bawah. Apabila koefisien konduksi termal P adalah tiga kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah …
A. 60 oC
B. 50 oC
C. 40 oC
D. 20 oC
10 oC
Kukambirana:
Ndizodziwika kuti :
TP = 0 oC
TQ = 80 oC
kP = 3 kQ = 3
kQ = 1
Anafunsa :
Suhu pada bidang batas P dan Q ?
Yankho:
Ukuran kedua benda sama sehingga A dan l dilenyapkan dari persamaan.
Yankho lolondola ndi D.
7. Besarnya kalor yang mengalir per detik melalui suatu bahan logam:
(1) berbanding terbalik dengan perbedaan suhu antara kedua ujungnya
(2) berbanding terbalik dengan luas penampang benda
(3) bergantung pada jenis bahan logam
(4) berbanding terbalik dengan panjang logam
Pernyataan yang benar untuk meningkatkan laju perpindahan kalor secara konduksi adalah…
Zokambirana
Rumus perpindahan kalor secara konduksi:
Besarnya kalor yang mengalir per detik (Q/t)
Berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara kedua ujungnya (T1 - T2).
Berbanding lurus dengan luas penampang benda (A).
Berbanding lurus dengan jenis bahan logam (k = konduktivitas termal)
Berbanding terbalik dengan panjang logam (l).
Pernyataan yang benar adalah 3 dan 4.
8. Logam P, Q dan R berukuran sama. Konduktivitas logam P, Q dan R berturut-turut adalah 4k, 2k dan k. Ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung-ujung terbuka seperti pada gambar berikut ini.
Suhu pada sambungan logam P dengan Q (Tx) ndi…
Zokambirana
Ndizodziwika kuti:
Konduktivitas logam P = 4k
Konduktivitas logam Q = 2k
Konduktivitas logam R = k
Suhu rendah di ujung logam P (TP= = 20oC
Suhu tinggi di ujung logam R (TR= = 160oC
Anafunsa kuti: Suhu pada sambungan logam P dengan Q (Tx)
Yankho:
Fomula yosamutsa kutentha pogwiritsa ntchito conduction:
Zambiri:
Q/t = kutentha kosinthira, k = kutentha kopitilira, A = malo opingasa, T1 = kutentha koyambirira, T2 = kutentha komaliza, l = kutalika kwa ndodo.
Kutalika (l) ndi dera lopingasa (A) ndi kofanana kotero zimachotsedwa mu equation.
Gwiritsani ntchito equation iyi kuti muwerengere kutentha.
Tinjau batang logam P dan Q.
Tinjau batang logam Q dan R.
Untuk mendapatkan Tx, eliminasikan Ty:
