Memahami Perpindahan Kalor: Konduksi, Radiasi, dan Konveksi
Tanpa kita sadari di dalam aktivitas kita sehari-hari sebenarnya tak pernah lepas dari yang dinamakan perpindahan kalor. Memasak, menjemur pakaian, sampai menyetrika sebenarnya adalah contoh sederhana pemanfaatan perpindahan kalor di dalam kehidupan sehari-hari.
Dari ketiga contoh sederhana itu, ada satu benang merah yang saling berkaitan satu sama lain, yaitu seluruh aktivitas tersebut memerlukan hal yang dinamakan dengan panas.
Bagaimana hal tersebut bisa terjadi?
Artikel ini akan membahas mengenai pengertian dari perpindahan kalor beserta jenis-jenisnya yang sering kita manfaatkan sehari-hari.
Definisi Kalor & Perpindahan Kalor
Sebelum memahami perpindahan kalor, kita harus mengetahui lebih dulu apa itu definisi dari kalor itu sendiri. Kalor merupakan energi panas yang terkandung di dalam sebuah benda.
Dalam kaitannya dengan kalor, benda terbagi menjadi dua jenis, yaitu konduktor dan isolator.
Konduktor ini merupakan benda yang bisa menghantarkan panas dengan baik. Contohnya adalah benda-benda yang berbahan dasar besi, stainless steel, sampai timbal. Benda-benda dengan jenis konduktor ini pada umumnya akan sulit terbakar.
Sedangkan isolator merupakan kebalikan dari konduktor di mana benda-benda ini tidak bisa menghantarkan panas. Contoh benda isolator seperti kain, plastik, sampai kayu.
Sementara itu perpindahan kalor adalah yang berpindah dari benda yang memiliki suhu tinggi ke benda yang memiliki suhu yang lebih rendah ketika dipertemukan. Contoh sederhananya adalah ketika kita memasukan sendok ke air panas dan sendok mulai menghangat. Proses perpindahan suhu air ke suhu sendok itulah yang disebut dengan perpindahan kalor.
Semakin tinggi suatu benda, maka besar pula kandungan kalorinya. Sebaliknya, jika suhunya rendah, maka kalornya akan sedikit.
Satuan dari kalor dalam kaitannya energi adalah Joule (J). 1 Joule ini setara dengan 0,24 kalori, sedangkan 1 kalori sama dengan 4,2 Joule.
Macam-Macam Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor terbagi menjadi tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut ini adalah penjelasan lengkap mengenai ketiga jenis perpindahan kalor.
Pengertian Konduksi
Pernahkah kalian mencoba membakar ujung penggaris besi dan memegang ujung lainnya dan kemudian bagian ujung yang kalian pegang ikut terasa panas? Ya, itulah salah satu contoh dari proses konduksi.
Konduksi ini pada dasarnya merupakan perambatan panas atau kalor yang terjadi suatu zat tanpa disertai perantara. Perpindahan kalor ini biasanya terjadi pada benda-benda yang bersifat konduktor atau benda penghantar panas.
Contoh Fenomena Konduksi
- Sendok berbahan stainless yang dicelupkan ke dalam gelas kopi atau teh lama-lama akan terasa panas. Oleh karena itu, untuk menurunkan panas dari sebuah minuman, bisa dilakukan dengan mencelupkan sendok agar panas dari minuman berpindah.
- Panci atau wajan yang pada awalnya bersuhu dingin, tetapi ketika diletakkan di atas api, panci atau wajan itu lama-lama ikut memanas. Itulah alasan mengapa panci dan wajan digunakan untuk memasak.
- Knalpot yang memanas ketika suatu kendaraan sudah dinyalakan dalam waktu yang lama.
- Sebuah gelas atau cangkir dengan suhu dingin kemudian diisi air panas, perlahan-lahan mulai ikut memanas.
- Proses panasnya alat catok rambut.
Rumus Perpindahan Konduksi
Keterangan:
Q : Kalor (J atau kal)
t : Waktu (s)
k : konduktivitas termal (W/mK atau W/moC)
A : Luas batang (m2)
∆t : perubahan suhu (K atau oC)
L: panjang batang (m2)
Contoh soal:
Suatu kamar mempunyai jendela dengan luas 2 m x 1 m dengan tebal 3,2 mm. Permukaan jendela tersebut memiliki suhu 20oC pada permukaan dalam dan 30 oC pada permukaan luar. Berapakah laju konduksi kalor jika konduktivitas termal dari kaca adalah k = 0,8 W/mK?
Jawab:
Pengertian Radiasi
Ketika siang hari di bawah terik sinar matahari, pernahkah kalian merasakan di tubuh, atau di pakaian kita?
Ya, itulah salah satu contoh dari perpindahan kalor berupa radiasi.
Pada radiasi, perpindahan panas yang terjadi tanpa adanya medium perantara. Perpindahan panas bisa terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang tidak terlihat secara kasat mata.
Contoh Fenomena Radiasi
- Sinar matahari yang bisa membuat manusia, jalan raya, sampai air laut ikut memanas karena paparan sinarnya.
- Proses menghangatkan telur ayam dengan lampu agar telur menetas.
- Kondisi ruangan akan terasa lebih panas ketika lampu dinyalakan dibanding ketika dimatikan.
- Menjemur pakaian di bawah terik matahari.
Rumus perpindahan Radiasi
Keterangan:
σ : Perbedaan suhu (C atau oC)
t : Waktu (s)
e : Koefisien emisivitas (0 ≤ e ≤ 1)
A: Luas penampang (m2)
t: Suhu Mutlak (K)
Contoh soal:
Suatu benda memiliki luas permukaan sebesar 1 m x 2 m. Benda tersebut memiliki suhu sebesar 727oC. Jika emisivitas dari benda tersebut adalah 0,8. Tentukan laju radiasi dari benda tersebut!
Jawab:
Pengertian Konveksi
Pernahkah kalian melihat gelembung air naik ke permukaan panci ketika kita sedang merebus?
Ya, peristiwa tersebut merupakan salah satu contoh dari fenomena perpindahan kalor berupa konveksi.
Konveksi ini pada dasarnya adalah hantaran, yaitu perpindahan panas di mana partikel perantaranya turut berpindah. Jika konduksi umumnya terjadi pada benda padat, maka radiasi terjadi lebih ke benda cair atau gas.
Contoh Fenomena Konveksi
- Air yang mendidih ketika direbus atau dipanaskan.
- Fenomena terjadinya angin darat dan angin laut yang berpindah dari wilayah yang dingin ke panas atau sebaliknya.
- Balon udara bisa terbang karena adanya gas yang dipanaskan oleh api.
- Asap yang ada di di cerobong bergerak naik.
- Proses pembuatan daging asap.
Rumus Perpindahan Konduksi
Keterangan:
h : Koefisien konveksi (w/mK)
A : luas penampang (m2)
∆t : perubahan suhu (K atau oC)
Contoh Soal:
Sebuah benda di dalam sebuah ruangan memiliki suhu sebesar 20 oC. Ruangan tersebut memiliki suhu sebesar 25 oC. Jika luas permukaan dari benda tersebut adalah 2 m x 1 m dan koefisien termalnya adalah 7,1. Berapakah kalor yang akan dilepaskan melalui konveksi?
Jawab:
h : 7,1 w/mK
A : 2 m x 1 m = 2 m2
∆t : 25-20 = 5 oC = 278 K
Jadi kalor yang dilepaskan melalui konveksi adalah 3.947,6.
Demikianlah penjelasan mengenai perpindahan kalor yang sebenarnya setiap hari kita manfaatkan.
Di Sampoerna Academy menerapkan kurikulum terbaik yang diakui secara internasional dengan metode berbasis STEAM (Science, Technology, Engineer, Arts, Mathematics). Selain itu, lingkungan belajar di Sampoerna Academy diciptakan untuk mendorong siswa berinovasi dan berkolaborasi.