3 Soal perpindahan kalor
1. Perhatikan gambar berikut!
Bila tiga pipa dimasukkan ke dalam kotak kaca yang tertutup seperti pada gambar. Asap gulungan kertas ditempatkan di ujung pipa B dan masuk melalui pipa tersebut, maka asap tersebut akan keluar lagi melalui pipa A dan pipa C seperti terlihat pada gambar. Peristiwa ini terjadi karena adanya perpindahan kalor secara….
A. konveksi
B. konduksi
C. induksi
D. radiasi
Pembahasan
Peristiwa tersebut terjadi karena adanya perpindahan kalor secara konveksi. Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan benda. Contoh perpindahan kalor secara konveksi adalah terjadinya angin, mendidihnya air, atau perpindahan asap seperti pada gambar di atas.
Bagaimana menjelaskan perpindahan asap seperti pada gambar di atas ? Di dalam kotak kaca tertutup terdapat lilin yang bernyala. Nyala lilin memanaskan udara di sekitarnya sehingga suhu udara dalam kotak kaca bertambah. Bertambahnya suhu udara mengakibatkan udara tersebut memuai (volume udara bertambah). Adanya pemuaian menyebabkan massa jenis atau kerapatan udara berkurang. Jadi kerapatan udara di luar kotak kaca lebih besar daripada kerapatan udara di dalam kotak kaca. Zat gas biasanya secara alami berpindah dari tempat yang mempunyai kerapatan udara besar ke tempat yang mempunyai kerapatan udara kecil. Adanya perbedaan kerapatan udara menyebabkan asap mengalir dari luar kotak kaca yang mempunyai kerapatan udara besar ke dalam kotak kaca yang mempunyai kerapatan udara kecil.
Setibanya di dalam kotak kaca, nyala lilin memanaskan asap sehingga suhu asap bertambah dan volume asap bertambah. Dengannya massa jenis atau kerapatan asap meningkat, menyebabkan asap bergerak ke atas menuju tempat yang mempunyai kerapatan udara lebih kecil. Ingat bahwa semakin tinggi suatu tempat dari permukaan tanah, kerapatan udara semakin kecil karena gaya gravitasi semakin kecil.
Jawaban yang benar adalah A.
2. Perhatikan pernyataan di bawah ini:
1. Air di dalam panci mendidih karena dipanaskan
2. Pada siang hari terasa panas dibanding malam hari
3. Alat memasak umumnya diberi pegangan dari kayu atau plastik
4. Lilin yang sedang menyala akan meleleh sampai habis
Dari pernyataan tersebut yang menyatakan akibat radiasi adalah nomor …
A. 1 dan 3
B. 1 dan 4
C. 2 dan 4
D. 2 dan 3
Pembahasan
Pernyataan 1 : Air di dalam panci mendidih karena dipanaskan
Benar bahwa sebagian kalor berpindah dari nyala api ke wadah melalui radiasi dan kalor juga berpindah dari wadah ke air melalui konduksi. Tetapi air mendidih merupakan akibat langsung dari perpindahan kalor secara konveksi.
Pernyataan 2 : Pada siang hari terasa panas dibanding malam hari
Matahari menyinari permukaan bumi pada siang hari secara radiasi
Pernyataan 3 : Alat memasak umumnya diberi pegangan dari kayu atau plastik
Jika pegangan alat memasak terbuat dari logam maka tangan pemasak kepanasan karena kalor atau panas berpindah secara konduksi melewati pegangan alat memasak.
Pernyataan 4 : Lilin yang sedang menyala akan meleleh sampai habis
Lilin meleleh akibat perpindahan kalor secara radiasi dari nyala api ke lilin.
Jadi yang merupakan pernyataan akibat radiasi adalah 2 dan 4.
Jawaban yang benar adalah C.
3. Peristiwa konveksi pada zat cair yang benar ditunjukkan gambar …
Pembahasan
Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan materi. Contoh konveksi alami adalah proses mendidihnya air selama dipanaskan atau proses terjadinya angin darat dan angin laut.
Pada proses di atas, mula-mula kalor berpindah dari api ke wadah dengan cara konduksi, demikian juga kalor berpindah dari wadah ke air dengan cara konduksi. Selanjutnya kalor berpindah dari molekul-molekul air ke molekul-molekul air lainnya dengan cara konveksi.
Air yang berada di dekat alas wadah lebih panas sehingga memuai dan mengakibatkan massa jenisnya berkurang. Sebaliknya air yang berada di sebelah atasnya atau air yang berada di permukaan lebih dingin dan karenanya massa jenis air tersebut lebih besar.
Air yang berada di dasar wadah mempunyai massa jenis lebih kecil menyebabkan air tersebut terapung dan posisinya digantikan oleh air yang mempunyai massa jenis lebih besar di sebelah atasnya. Perpindahan air dalam wadah berlangsung terus menerus hingga semua air mencapai suhu yang sama atau air mendidih.
Diagram yang lebih tepat yang menggambarkan proses konveksi air dalam wadah adalah pada jawaban C. Alasannya adalah air yang lebih panas dan yang telah memuai, langsung bergerak ke atas dan tidak bergerak ke samping terlebih dahulu.
Jawaban yang benar adalah C.
