modul fisika X

PERPINDAHAN KALOR

Standar Kompetensi : Menerapkan prinsip kalor dan prinsip konservasi energy pada berbagai perubahan energy

Kompetensi dasar : Menganalisis cara perpindahan kalor

Indikator:

1. menyebutkan cara kalor berpindah dari benda satu ke banda yang lain

2. Membedakan peristiwa perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi

3. Menentukan factor factor yang berpengaruh pada peristiwa perpindahan kalor

4. menganalisis laju perpindahan kalor konduksi, konveksi, dan radiasi

MATERI

Perhatikan gambar disamping. Ketika anda sedang menyetrika apa yang anda rasakan? Apakah anda juga merasakan panas yang dimiliki setrika anda ? mengapa demikiana???? Yups benar sekali mari kita pelajari lebih lengkap dibawah ini

Energi kalor yang terjadi jika suhu tinggi mengalir ke suhu rendah.

3 macam perpindahan kalor:

1. Konduksi (Hantaran)
2. Konveksi (Aliran)
3. Radiasi (Pancaran)

1.Konduksi(Hantaran)

Dalam Konduksi , kalor di pindahkan dari satu sistem ke sistem yang lain melalui rambatan kalor di dalam sebuah penghantar atau konduktor dari satu ujung lain yang suhunya berbeda. Jadi, dalam proses perpindahan kalor melalui konduksi perlu adanya medium penghantar atau konduktor kalor.

CONTOH:

Sendok makan yang bagian bulatnya di dekatkankan dengan api, sedangkan, pada bagian ujung sendok makan tersebut di pegang oleh tangan. Tidak lama kemudian, kita akan merasakan panas, yang di sebabkan adanya perpindahan kalor dari bulatan sendok ke ujung sendok yang kita pegang tadi.

Konduksi merupakan perpindahan kalor yang tidak disetrai dengan perpindahan partikel pengantarnya. Laju perpindahan kalor bergantung pada panjang (L), luas penampang (A) dan beda suhu (ΔT). Oleh karena itu banyak kalor yang dapat berpindah selama waktu tertentu ditulis denga persamaan berikut

atau

Keterangan

k = konduktivitas bahan (W/ m K)

H= Lju Kalor (J/s)

A= luas penampang (m²)

ΔT = perbedaan suhu kedua ujung batang (K)

L = panjang batang (m)

Q = kalor yang merambat (J)

t = waktu (s)

2.Konveksi (Aliran)

Perpindahan Panas secara konveksi terjadi akibat adanya aliran partikel-partikel medium penghantar panas. Sehingga kalor di pindahkan melalui aliran partikel-partikel medium. Terjadinya aliran partikel-partikel medium akibat adanya perbedaan massa jenis medium di tempat yang bersuhu tinggi dengan massa jenis medium di tempat yang bersuhu rendah. Arah aliran konveksi adalah dari medium yang bermassa jenis kecil (bersuhu tinngi) ke medium yamg bermassa jenis besar(bersuhu rendah).

CONTOH:

Air yang berada tepat di atas api mendapat panas terlebih dahulu. Air yang panas ini lalu naik ke atas dan tempat yang ditinggalkannyadiisi oleh air di sampingnya.

Besarnya laju kalor yang mengalir pada penghantar dirumuskan sebagai berikut

Keterangan

h = tetapan konveksi (W/ m² K)

H= Laju Kalor (J/s)

A= luas penampang (m²)

ΔT = perbedaan suhu kedua ujung batang (K)

Q = kalor yang merambat (J)

t = waktu (s)

3.Radiasi (Pancaran)

Perpindahan kalor (panas) secara radiasi tidak memerlukan medium, meskipun radiasi dapat terjadi dalam suatu medium. Kalor akan dipancarkan ke segala arah di dalam ruang tanpa perlu adanya penghantar. Arah pancaran (radiasi) kalor adalah ke segala arah di dalam ruang.

CONTOH:

Orang yang berada dekat api dapat merasakan panasnya api. Panas tersebut berpindah secara radiasi.

Laju pemancaran kalor oleh permukaan hitam, menurut steffan dinyatakan sebagai energy total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam sempurna dalam bentuk radiasi kalor setiap satuan waktu, setiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu.

Laju kalor radiasi ditulis dengan persamaan :

W = σ T⁴

Energy yang dipancarkan setiap waktu :

Persamaan di ats berlaku untuk benda hitam sempurna. Agar persamaan tersebut berlaku untuk setiap permukaan permukaan, persamaan harus diubah menjadi

Keterangan

H= Laju Kalor (J/s)

A= luas penampang (m²)

T = suhu benda (K)

Q = kalor yang merambat (J)

t = waktu (s)

e = koefisien emisivitas

= konstanta Stefan bolzman (5,67 x 10 ^{– 8} W/m² K⁴)

Latihan soal

1. sebutkan factor factor yang mempengaruhi perpindahan kalor!

2. dua batang logam A dan B mempunyai ukuran yang sam, disambung satu sama lain pada salah satu ujungnya lihat gambar, jika koefisien konduksi kalor A sama dengan 2 kali koefisien konduksi kalor b, tentukan suhu pada sambungan

300 ⁰ A B 60⁰ C

3. sebuah baja luas permukaannya 125 m² dan panjangnya 10 cm, beda suhu antar 2 permukaan 2 ⁰ C, jika koefisien konduksi termal baja 50 W/ mK, tentukan banyak kalor yang dihantarkan baja tiap detik.

4. emisivitas benda A dua kali emisivitas benda B, suhu benda A setengah kali suhu benda B, tentukan perbandingan kalor yang dipancarkan tiap detik per satuan luas.

5. sebuah lampu pijar (e = 0.2 dan σ = 6 x 10^-8 w/m²K) adalah 727 ⁰C jika luas filament 30 cm², tentukan jumlah kalor persatuan waktu