Perpindahan Kalor

Kalor berpindah dari benda atau sistem bersuhu tinggi ke benda atau sistem bersuhu rendah. Ada tiga cara untuk kalor berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Perhatikan tanyangan video berikut!

Dari video tersebut menunjukkan bahwa perpindahan kalor dapat terjadi melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.

Konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan zat penghantar. Misalnya, pada batang logam yang dipanaskan salah satu ujungnya, maka ujung batang yang lain akan ikut panas. Oleh karena itu, banyak kalor Q yang dapat berpindah selama waktu t tertentu ditulis dengan persamaan berikut:

 

Sedang besar laju aliran kalor dengan konduksi dirumuskan,

 

keterangan:

Q         = kalor yang dipindahkan (joule)

H         = laju aliran kalor (J/s atau watt)

k          = konduktivitas termal (W/mK)

A          = luas penampang (m²)

ΔT        = beda suhu (K)

 

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat. Terdapat dua jenis konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Pada konveksi alami, pergerakan atau aliran energi kalor terjadi akibat perbedaa massa jenis. Pada konveksi paksa, aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu, misalnya dengan kipas angin atau blower. Banyaknya kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Sedang besar laju aliran kalor dengan konveksi dirumuskan,

 

keterangan:

Q         = kalor yang dipindahkan (joule)

H         = laju aliran kalor (J/s atau watt)

h          = koefisien konveksi (W/m²K)

A          = luas penampang (m²)

ΔT        = beda suhu (K)

t           = waktu (s)

Radiasi adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang gelombang elektromagnetik.permukaan hitam da kusam adalah penyerap dan pemancar radiasi yang baik, sedangkan permukaan putih dan mengkilap adalah penyerap dan pemancar radiasi yang buruk.

Laju pemancaran kalor oleh perukaan hitam menurut Stefan dinyatakan sebagai berikut.

Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam sempurna dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu, tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu.

Secara matematis, laju kalor ditulis dengan persamaan:  

keterangan:

Q         = kalor yang dipindahkan (joule)

H         = laju aliran kalor (J/s atau watt)

σ          = tetapan Stefan-Boltzmann (W/m²K⁴)

e          = emisivitas benda

A          = luas penampang (m²)

T          = suhu mutlak benda (K)

t           = waktu (s)

 

Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 ≤ e ≤ 1           

-          Permukaan hitam sempurna (black body)

-          Sebagai pemancar panas ideal.

-          Sebagai penyerap panas yang baik.

-          Sebagai pemantul panas yang jelek.

-          Terdapat pada permukaan yang lebih halus.

-          Sebagai pemancar panas yang jelek.

-          Sebagai penyerap panas yang jelek.

-          Sebagai pemantul yang baik.