1. Andi caesara M.
Ayto Qayyum R.
Indra Jaya
Muh. Gifar S.
Mutmainna
Nurafni
Rezki Djamaluddin
Satira Anggraini
Widya Firsty Windany
Zuwandi Abd. Kadir
2. PERPINDAHAN KALOR
Pengertian kalor yaitu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya
lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan.
Ada tiga cara perpindahan kalor yang akan kami bahas, yaitu:
1. Konduksi
2. Konveksi (aliran)
3. Radiasi (pancaran)
Kita akan membahas tiga cara perpindahan kalor diatas. Namun kita akan
mempelajarinya satu persatu.
3. 1. Perpindahan Kalor secara Konduksi
Konduksi yaitu proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel.
Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses, yaitu:
1. Pemanasan pada satu ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar
lebih cepat dan suhunya naik, atau energy kinetiknya bertambah. Selanjutnya partikel-
partikel ini memberikan sebagian energy kinetiknya ke partikel-partikel tetangga
berikutnya. demikian seterusnya sampai kalor mencapai ujung yang dingin (tidak
dipanasi).proses perpindahan kalor seperti ini berlangsung lambat karena untuk
memindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang tinggi di antara kedua
ujung.
2. Dalam logam, kalor di pindahkan melalui electron-elektron bebas yang terdapat struktur
atom logam. Electron bebas ialah electron yang dengan mudah dapat berpindah dari
atom satu ke atom yang lain. Oleh Karena electron bebas mudah berpindah,
pertambahan energy ini dengan cepat dapat diberikan elektron-elektron lain yang
letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat.
Oleh Karena itu logam tergolong konduktor yang sangat baik.
Berdasarkan kemampuan mengantarkan kalor, zat dibagi atas 2 golongan besar,
yaitu konduktor dan isolator.
Konduktor ialah zat yang mudah menghantarkan kalor sedangkan isolator ialah zat
yang sukar menghantarkan kalor. Jadi perlu anda catat bahwa setiap zat dapat
menghantarkan kalor secara konduksi.
4. a. Apakah air termaksud konduktor atau isolator ?
Zat bukan logam umumnya bukan penghantar kalor yang baik.
b. Apakah udara termaksud konduktor atau isolator ?
Udara termaksud penghantar kalor yang buruk. Sering anda manfaatkan
dalam kehidupan sehari-hari.ketika udara malam hari terasa dingin, anda
tidur dengan menggunakan selimut. Selimut tersebut akan menghambat
perpindahan kalor dari tubuh anda ke udara dingin di luar selimut.
Akibatnya, tubuh anda tetap hangat.
c. Faktor-faktor yang memengaruhi laju kalor konduksi ?
Laju konduksi kalor melalui sebuah dinding bergantung pada empat
besaran:
- Beda suhu diantara kedua permukaan ∆T = T1-T2 ; makin besar beda
suhu, makin cepat perpindhan kalor.
- Ketebalan dinding d; makin tebal dinding, makin lambat perpindahan
kalor.
- Luas permukaan A; makin besar luas permukaan, makin cepat
perpindahan kalor.
- Konduktivitas termal zat k, merupakan ukuran kemampuan zat
menghantarkan kalor: makin besar nilai k, makin cepat perpindahan
kalor.
5. Berdasarkan penjelasan di atas, banyak kalor Q yang melalui dinding selama selang
waktu t, dinyatakan oleh:
Daya konduksi kalor
Tabel 6.7 Konduktivitas termal berbagai zat
Zat k (W/m K) Zat k (W/m K)
Logam Bahan Isolator
Aluminium 205 Gabus 0,04
Perunggu 109 Serat kaca 0,04
Tembaga 385 (fiberglass) 0,02
Besi dan Baja 50 Bulu halus 0,03
Perak 406 Kapuk
Zat padat lain Gas
Lemk tubuh 0,17 Hidrogen 0,13
Batu Bata 0,6 Udara 0,02
Beton 0,8
Kaca 0,8
Es 1,6
Air 0,60
Kayu (pinus) 1,13
6. d. Bagaimana suhu pada sambungan dua batang logam yang berbeda jenis?
Misalkan dua batang logam berbeda jenis dengan luas penampang sama, di
hubungkan. Suhu ujung bebas batang pertama T1, sedang suhu ujung bebas
batang ke dua T2, dimana T1>T2,Seperti gambar di bawah ini.
Bagaimana caranya menghitung suhu pada titik sambungan kedua logam?
k1 k2
Secara matematis,
Prinsip sambungan
dua batang logam
Dengan mensubstitusi ΔT1 = T1 – T dan ΔT2 = T – T2, maka suhu pada titik sambungnya,
yaitu T, dapat anda hitung.
7. 2. Perpindahan Kalor secara Konveksi
Cobalah menaruh tangan anda di atas nyala lilin sejauh kira-kira 10cm. anda akan
merasakan udara hangat yang naik dari nyala lain. Ketika udara yang dekat nyala lilin
dipanasi, udara itu memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara hangat yang
massa jenisnya lebih kecil akan naik, dan tempatnya digantikan oleh udara dingin yang
massa jenisnya lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain
fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi. Ada dua jenis konveksi yaitu
konveksi alamiah dan konveksi paksa.
1. Konveksi alamiah yaitu proses perpindahan kalor melalui zat yang disertai dengan
perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat perbedaan massa jenis.
2. Konveksi paksa yaitu proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan
perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat suatu paksaan terhadap partikel bersuhu
tinggi tersebut.
Contoh di atas adalah konveksi alamiah. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida
terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) memuai
dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak ke atas. Tempatnya digantikan
oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar.
8. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor konveksi:
1. Laju kalor Q/t ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya
secara konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan benda A yang
bersentuhan dengan fluida dan beda suhu T diantara benda dan fluida. Secara
matematis, ditulis:
2. Dengan h adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan
kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah atau
menghadap ke atas. Nilai h diperoleh secara percobaan. Sabagai contoh, nilai h
untuk tubuh manusia adalah 7,1 J/s m2 K.
9. 3. Perpindahan Kalor secara Radiasi
Kalor dari Matahari dapat sampai ke Bumi melalui ruang hampa tanpa zat peran-
peran (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat
melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Jadi radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang
elektromagnetik.
a. Penyerap kalor radiasi yang baik dan buruk
1. Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik
sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik.
2. Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk
sekaligus pemancar kalor yang buruk pula.
3. Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, permukaan
(dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengkilap ( dilapisi dengan perak ).
b. Faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi
Pada tahun 1879 Josept Stefan melakukan pengukuran daya total yang di
pancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa daya total itu sebanding
dengan pangkst empat suhu mutlak. Lima tahun kemudian, Ludwig Boltzmann menurunkan
hubungan yang sama yang di kena sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang berbunyi:
energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan
waktu(Q/t) sebanding dengan laus permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat
suhu mutlak permukaan itu (T4 ).
Secara matematis, ditulis:
(6-20)
10. Tetapan (dibaca sigma) dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann dan dalam satuan
SI mempunyai nilai
= 5,67 x 10-8 W/m2K4
Tidak semua benda dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna. Oleh karena itu,
diperlukan sedikit modifikasi pada Persamaan (6-20) agar dapat digunakan pada setiap
benda. Persamaan Stefan Boltzmann untuk setiap benda dapat ditulis sebagai
Daya radiasi
Dengan e adalah koefisien yang disebut emisivitas. Emisivitas adalah suatu ukuran
seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda
hitam sempurna.
c. Pemanfaatan radiasi
Ada banyak pemanfaatan radiasi dalam kehidupan sehari-hari.kita hanya akan
membahas tiga, yaitu:
1. Pendiangan rumah
Kalor pada pendiangan rumah akan naik ke atas cerobong asap karena
dibawa oleh konveksi udara. Tubuh kita terasa hangat karena penjalaran kalor
ke samping dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
11. Gambar Pendiangan
2. Rumah kaca
Sinar matahari dibagi atas tiga macam berdasarkan urutan panjang gelombang
dari terbear ke terkecil, yaitu inflamerah, cahaya tampak dan ultraviolet. Sinar matahari
dapat menembus cahaya , sedang inflamerah dan ultraviolet dipantulkan kembali oleh
cahaya. Kalor radiasi cahaya tampak diserap oleh tanah dan tanaman didalam rumah
kaca sehingga tanah dan tanaman menjadi hangat dan dapat kita golongkan sebagai
sumber yang dingin dibanding matahari yang suhunya sangat tinggi . Tanah dan
tanaman sebagai sumber kalor yang lebih dingin akan memancarkan kembali kalor yang
diterimanya dalam bentuk radiasi inframerah dengan panjang golombang lebih panjang.
Energi kalor radiasi inframerah ini tidak mampu menembus kaca.keadaan ini membuat
tanaman dapat tumbuh subur.
12. Gambar rumah kaca
3. Panel surya
Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi
dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga yang dicat hitam dengan
panel depan yang terbuat dari kaca. Kalor radiasi dari matahari diserap oleh permukaan
hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui logam. Bagian dalam panel dijaga tetap
oleh efek rumah kaca, kemudian sirkulasi air melalui wadah logam akan membawa kalor
menjauh untuk dimanfaatkan pada sistem pemanas air domestik dan untuk memanasi
kolam renang.
