Perpindahan kalor secara konveksi

Pernah berada di tepi pantai ketika hari sedang cerah ? Pada siang hari yang cerah, di tepi pantai selalu ada angin yang bertiup dari laut ke darat. Mengapa selalu ada angin di tepi pantai dan mengapa angin laut (angin bertiup dari laut ke darat) terjadi pada siang hari, angin darat (angin bertiup dari darat ke laut) terjadi pada malam hari ? Mengapa pada musim hujan, awan dapat turun ke lereng gunung ? Mengapa angin terasa sejuk ? Jawaban pertanyaan-pertanyaan ini berkaitan dengan kalor jenis daratan dan laut, pemuaian, massa jenis serta perpindahan kalor secara konveksi (perpindahan kalor). Dengan memahami secara baik dan benar pokok bahasan ini, anda dapat menjawab pertanyaan di atas dan pertanyaan lainnya yang mungkin anda pertanyakan kemudian.

Perpindahan kalor secara konduksi biasanya terjadi pada benda padat atau dari benda padat ke benda cair (benda cair ke benda padat) atau dari benda padat ke benda gas (benda gas ke benda padat). Sedangkan perpindahan kalor secara konveksi biasanya terjadi pada benda cair (misalnya air) dan benda gas (misalnya udara).

Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan benda. Agar anda lebih memahami perpindahan kalor secara konveksi, tinjau sebuah kasus, misalnya air yang dipanaskan menggunakan api. Ketika air di dalam sebuah wadah dipanaskan dengan api, kalor berpindah dari api (suhu tinggi) ke wadah (suhu rendah) secara konduksi dan radiasi. Selanjutnya kalor berpindah dari wadah (suhu lebih tinggi) ke air yang berada di dekat wadah (suhu lebih rendah) secara konduksi. Adanya tambahan kalor menyebabkan suhu air yang berada di dekat wadah meningkat. Meningkatnya suhu air mengakibatkan air memuai atau volume air bertambah. Karena volume air bertambah maka massa jenis air berkurang. Air yang berada di dekat alas wadah mempunyai suhu lebih tinggi dibandingkan dengan air yang berada di sebelah atasnya. Dengan kata lain, air yang berada di dekat alas wadah mempunyai volume lebih besar dan massa jenisnya lebih kecil, sedangkan air yang berada di sebelah atasnya mempunyai volume lebih kecil dan massa jenisnya lebih besar. Adanya perbedaan massa jenis menyebabkan air yang berada di permukaan wadah, yang mempunyai massa jenis lebih besar, bergerak ke bawah dan air yang berada di dekat alas wadah, yang mempunyai massa jenis lebih kecil, bergerak ke atas. Proses ini terjadi secara terus menerus hingga semua air yang berada di dalam mempunyai suhu yang sama (Jika tekanan udara 1 atmosfer maka air di dalam wadah mengalami penguapan alias mendidih pada suhu 100 ^oC).

Terjadinya angin darat dan angin laut juga melibatkan perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. Kalor jenis daratan (kalor jenis benda padat) lebih kecil daripada kalor jenis air laut, karenanya daratan lebih cepat panas ketika disinari matahari dan juga lebih cepat dingin ketika malam hari tiba. Daratan yang lebih cepat panas, memanaskan udara yang berada di atas (kalor berpindah dari daratan ke udara secara konduksi). Suhu udara yang mendapat tambahan kalor meningkat dan udara memuai. Akibatnya massa jenis udara tersebut berkurang. Sebaliknya suhu air laut lebih dingin sehingga udara yang berada di atas permukaan air laut juga lebih dingin, dibandingkan udara yang berada di permukaan daratan. Udara di permukaan laut lebih dingin sehingga massa jenisnya lebih besar. Adanya perbedaan massa jenis udara menyebabkan udara yang berada di permukaan laut bergerak menuju daratan dan menekan udara di daratan ke atas. Semakin jauh dari permukaan bumi, jumlah udara semakin berkurang karena gaya gravitasi bumi semakin kecil. Karena jumlah udara semakin berkurang maka tekanan udara juga semakin kecil. Udara panas di daratan yang bergerak ke atas mengalami pendinginan karena semakin jauh dari permukaan bumi, tekanan udara semakin berkurang. Udara dingin tersebut kemudian bergerak lagi ke bawah, tidak menuju permukaan daratan tetapi menuju permukaan lautan yang mempunyai suhu yang lebih dingin. Proses ini terjadi secara terus menerus sehingga timbul aliran udara dari laut menuju darat. Singkatnya, udara di dekat permukaan laut bergerak ke daratan, udara di dekat permukaan daratan bergerak ke atas, udara yang berada di atas bergerak ke permukaan laut.

Mengapa asap selalu bergerak ke atas ?

Asap bergerak ke atas karena suhunya lebih tinggi daripada suhu udara disekitarnya. Karena suhu asap lebih tinggi maka volumenya bertambah dan massa jenisnya berkurang. Massa jenis asap yang lebih kecil mengakibatkan tekanan asap juga lebih kecil, dibandingkan dengan tekanan udara di sekitarnya. Udara di sekitar asap menekan asap ke atas.

Mengapa pada musim hujan awan bergerak ke bawah ? Ketika musim hujan, awan mengandung banyak uap air sehingga massa jenis awan bertambah. Awan yang mengandung banyak uap air dan mempunyai massa jenis besar, bergerak ke bawah menuju tempat di mana udara di sekitar tempat itu mempunyai massa jenis yang sama dengan massa jenis awan.

Referensi