Banyak Kalor yang Merambat/Berpindah/Memancar pada Peristiwa Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi melalui 3 cara yaitu secara konduksi (hantaran), konveksi (aliran), dan radiasi (pancaran). Adanya perpindahan kalor terjadi karena terdapat perbedaan kalor pada bagian benda. Di mana perpindahan kalor terjadi dari bagian benda dengan suhu tinggi menuju bagian benda dengan suhu rendah. Banyak kalor yang merambat, berpindah, dan memancar dipengaruhi oleh beberapa faktor.

Konduksi adalah cara perpindahan kalor yang tidak diikuti perpindahan massa. Contoh peristiwa konduksi dapat diamati pada ujung besi yang ikut terasa panas saat ujung besi lainnya dibakar. Konveksi adalah cara perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat perantaranya, contohnya adalah air yang dimasak seluruhnya menjadi panas padahal bagian yang dipanaskan hanya di bawah. Sementara, radiasi adalah cara perpindahan panas yang tidak membutuhkan medium perantara, contohnya panas matahari yang sampai ke bumi.

3 Cara Perpindahan Kalor

Baca Juga: Cara Hitung Suhu Campuran dari Larutan dengan Suhu yang Berbeda  

Banyak kalor yang merambat, berpindah, atau memancar dapat diketahui melalui sebuah perhitungan. Bagaimana cara menghitung banyak kalor yang merambat ? Bagaimana cara menghitung banyak kalor yang berpindah? Berapa besar energi ? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Table of Contents

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Cara perpindahan kalor melalui konduktor sebagai medium perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat perantara disebut konduksi. Contoh yang paling mudah ditemui adalah batang logam yang salah satu ujungnya dipanaskan dan kemudian ujung batang logam yang lain ikut menjadi panas. Kondisi ini terjadi karena panas dari ujung batang logam dengan suhu tinggi merambat ke ujung batang logam dengan suhu lebih rendah.

Jumlah atau banyak kalor yang merambat per satuan waktu dipengaruhi oleh jenis logam, panjang logam, dan luas penampang logam. Di mana besar perubahan suhu yang terjadi, jenis logam yang digunakan, dan luas penampang logam sebanding dengan banyak kalor yang merambat per satuan waktu. Sementara panjang batang logam berbanding terbalik dengan banyak kalor yang merambat melalui batang logam per satuan waktu.

Secara matetmatis, banyak kalor yang merambat pada batang logam per satuan waktu sesuai dengan persamaan berikut.

Rumus Banyak Kalor yang Merambat pada Batang Logam

Baca Juga: Cara Menghitung Kalor pada Grafik Perubahan Wujud Zat

Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Perpindahan kalor yang terjadi beserta dengan pindahnya partikel-partikel media perantaranya disebut konveksi. Peristiwa konveksi dapat diamati saat merebus air. Bagian yang dipanasi adalah air pada bagian bawah, partikel-partikel air yang sudah panas kemudian naik dan partikel-partikel air dingin turun begitu seterusnya sampai seluruh bagian air menjadi panas semua.

Jumlah kalor per satuan waktu yang berpindah sebanding dengan koefisien konveksi termal (jenis fluida), luas penampang perpindahan kalor, dan perubahan suhu yang terjadi. Secara matematis, jumlah kalor yang berpindah tiap satuan waktu sesuai dengan persamaan berikut.

Banyak kalor yang Berpindah Secara Konveksi

Baca Juga: Penerapan Azas Black untuk Menyelesaikan Masalah Kalor

Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi adalah cara perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Di mana gelombang elektromagnetik merupakan jenis gelombang yang tidak membutuhkan zat perantara untuk merambat. Contoh peristiwa radiasi adalah panas matahari yang dapat sampai ke bumi.

Sebuah percobaan dilakukan untuk mengetahui besarnya energi per satuan luas per satuan waktu oleh Josef Stefan dan Ludwig Boltzmann.

Dari percobaan diperoleh yang dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa besarnya energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas sebanding dengan pangkat empat dari suhu permukaan benda.

Selain itu besar energi yang dipancarkan benda sebanding dengan pengaruh emisivitas permukaan benda dan konstanta Stefan-Boltzmann σ = 5,67 x 108 watt/m2K4. Nilai emisivitas permukaan benda (e) bergantung pada keadaan permukaan benda yang berdasar pada kekerasan dan warna benda.

Benda hitam sempurna memiliki emisivitas permukaan e = 1 karena benda dengan warna hitam diketahui memiliki kemampuan menyerap/memancarkan energi kalor radiasi dengan baik. Sementara emisivitas permukaan untuk benda berwarna putih sempurna adalah e = 0 karena warna putih memiliki kemampuan menyerap/memancarkan kalor radiasi yang buruk.

Secara matematis, besar energi yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam satuan joule dapat dihitung melalui persamaan berikut.

Besar Energi Kalor yang Dipancarkan Benda

Baca Juga: Rumus Usaha dan Efisiensi Mesin Carnot

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!

Contoh 1 – Banyak Kalor yang Merambat

Batang alumunium (kAl = 500 × 10‒1 kal/smoC) luas penampang ujungnya 1 cm2. Ujung-ujung batang bertemperatur 0 oC dan 20 oC. Banyak kalor yang merambat tiap sekon adalah ….
A. 0,1 kal/s
B. 0,2 kal/s
C. 0,5 kal/s
D. 0,7 kal/s
E. 1,0 kal/s

Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi seperti berikut.

  • Koefisien termal alumunium: kAl = 500 × 101 kal/smoC = 50 kal/smoC
  • Luas penampang batang alumunium: AAl = 1 cm2 = 104 m2
  • Perubahan suhu: ΔT = 20 oC ‒ 0 oC = 20 oC
  • Asumsi panjang batang alumnium: ℓ = 1 m

Banyak kalor yang merambat tiap sekon (H) dapat dihitung seperti pada penyelesaian cara berikut.

Cara Menghitung Banyak Kalor yang Merambat pada Batang Logam

Jadi, banyaknya kalor yang merambat tiap sekon adalah 0,1 kal/s.

Jawaban: A

Contoh 2 – Banyak Kalor yang Merambat/Berpindah Secara Radiasi

Benda hitam memiliki konstanta emisi 1 dan suhunya 400 oK. Jika konstanta radiasi 5,67 × 10-8 watt/m2K4, energi radiasi benda hitam adalah ….
A. 1.451,5 J
B. 1.400,0 J
C. 1.251,5 J
D. 1.200,0 J
E. 951,5 J

Pembahasan:
Informasi pada soal memberikan beberapa keterangan besaran dan nilainya seperti berikut.

  • Emisivitas benda hitam: e = 1
  • Suhu mutlak: T = 400 oK
  • Konstanta Stefan-Boltzmann: σ = 5,67 × 108 watt/m2K4

Menghitung energi radiasi benda hitam per satuan waktu dan luas:
E = eσT4
E = 1 × 5,67×108 × 4004
E = 5,67 × 10‒8 × 256 × 108
E = 5,67 × 256 = 1.451,52 J

Jadi, energi radiasi benda hitam sama dengan 1.451,5 Joule.

Jawaban: A

Contoh 3 – Banyak Kalor yang Merambat/Berpindah Secara Radiasi

Sebatang logam pada temperatur T memancarkan kalor per satuan luas per satuan waktu ke lingkungan sebesar W. Jika temperatur logam itu dikalikan dua maka kalor radiasi yang dipancarkan akan menjadi ….
A. 0,5W
B. 2W
C. 4W
D. 8W
E. 16W

Pembahasan:
Keterangan pada soal memberikan beberapa informasi besaran dan nilainya seperti pada daftar berikut.

  • Temperatur awal: T1 = T
  • Energi awal yang dipancarkan: W1 = W
  • Temperatur akhir: T2 = 2T

Menentukan kalor radiasi yang dipancarkan setelah temperatur logam menjadi dua kali.

Cara Menghitung Besar Energi Kalor yang Dipancarkan Benda Hitam

Jadi, jika temperatur logam itu dikalikan dua maka kalor radiasi yang dipancarkan akan menjadi 16W.

Jawaban: E

Demikianlah tadi ulasan banyak kalor yang merampah, berpindah, dan memancar pada bahasan perpindahan kalor. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Hubungan Suhu dengan Pemuaian

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.