Perpindahan kalor

Terdapat tiga jenis perpindahan kalor atau perpindahan panas, antara lain perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, radiasi.

Perpindahan kalor secara konduksi. Ketika salah satu bagian benda bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah, energi berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju bagian benda bersuhu rendah. Adanya tambahan energi menyebabkan atom dan molekul penyusun benda bergerak semakin cepat. Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik (EK = ½ mv²). Molekul-molekul yang bergerak lebih cepat (energi kinetiknya lebih besar) menumbuk molekul yang berada di sebelahnya. Molekul tadi menumbuk lagi molekul lain yang berada di sebelah. Demikian seterusnya. Jadi molekul-molekul saling bertumbukan, sambil  memindahkan energi. Perpindahan kalor yang terjadi melalui tumbukan antara molekul pernyusun benda dinamakan konduksi. 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).

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.

Contoh soal

1. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.19

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…

A. 45^oC

B. 40^oC

C. 35^oC

D. 30^oC

E. 25^oC

Pembahasan

Diketahui :

Konduktivitas termal logam I = 4k

Konduktivitas termal logam II = k

Suhu tepi logam I = 50^oC

Suhu tepi logam II = 0^oC

Ditanya : Suhu pada sambungan kedua logam

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T₁-T₂ = perubahan suhu, l = panjang batang

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

Jawaban yang benar adalah B.

2. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.19

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…

A. 60^oC

B. 64^oC

C. 70^oC

D. 76^oC

E. 78^oC

Pembahasan

Diketahui :

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

Ditanya : Suhu pada sambungan kedua batang

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T₁-T₂ = perubahan suhu, l = panjang batang

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

Jawaban yang benar adalah D.

3. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.14

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), dan (3)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (4)

D. (3) dan (4)

E. (4) saja

Pembahasan

Perpindahan kalor pada logam merupakan perpindahan kalor secara konduksi. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T₁-T₂ = perubahan suhu, l = panjang batang

Jawaban yang benar adalah A.