Nama: Alfiandy Ernanda Pratama
NIM: 230102141
Prodi: Teknik Mesin REG B
Publikasi 21 November 2023
Mengenal Macam-Macam Perpindahan Kalor dan Contohnya
Pengertian Kalor
Kalor adalah bentuk energi atau jumlah panas yang terdapat pada sebuah benda. Perpindahan kalor adalah kalor yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Meski begitu, tidak semua benda bisa menghantarkan panas dengan baik. Ada dua macam benda yang ada di sekitar kita, yaitu benda konduktor dan isolator.
Benda-benda yang bersifat konduktor dapat menghantarkan panas dengan baik, misalnya besi, timah, air, alumunium, tembaga, dsb. Sedangkan benda-benda bersifat isolator tidak dapat menghantarkan panas dengan baik, seperti kayu, plastik, kain, kertas, karet, dsb.
Tentu saja, alat-alat dapur seperti panci dan wajan sering kali terbuat dari alumunium agar perpindahan panas berlangsung dengan baik dan makanan jadi cepat matang.
Macam-Macam Perpindahan Kalor
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menemukan peristiwa perpindahan kalor. Namun, perpindahan kalor masih digolongkan menjadi tiga macam, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Hal ini juga memengaruhi cara menghitung perpindahan kalor. Selengkapnya, simak penjelasannya berikut ini.
Konduksi
Konduksi adalah proses perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Umumnya, konduksi terjadi pada zat padat yang bersifat konduktor. Misalnya bila ujung besi dipanaskan, ujung lainnya akan menjadi panas. Ini karena kalor berpindah dari bagian bersuhu tinggi ke bagian yang suhunya lebih rendah.
Beberapa contoh konduksi yang ada di sekitar kita adalah:
· Knalpot menjadi panas saat mesin dihidupkan
· Tutup panci akan panas saat digunakan untuk memasak
· Saat memegang gelas yang panas, telapak tangan kita juga terasa panas
· Mentega yang dipanaskan meleleh di wajan saat dipanaskan
Rumus perpindahan kalor secara konduksi adalah:
Q/t = ( k A ΔT ) / l
Keterangan:
k = konduktivitas termal (W/m.K)
A = luas batang (m²)
l = panjang batas (m)
ΔT = perubahan suhu (K)
Konveksi
Berbeda dengan konduksi, konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Saat partikelnya berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, terjadilah konveksi. Umumnya, konvensi terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Contoh perpindahan panas secara konveksi yaitu:
· Gerakan naik turun air saat dipanaskan
· Gerakan naik turun kedelai, kacang hijau, dan sebagainya saat dipanaskan
· Asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi
· Udara pada balon udara yang dipanaskan
Rumus perpindahan kalor secara konveksi adalah:
Q/t = h A ΔT
Keterangan:
h = koefisien konveksi (W/m.K)
A = luas batang (m²)
ΔT = perubahan suhu (K)
Radiasi
Radiasi melibatkan perpindahan panas dalam bentuk perambatan gelombang tanpa zat perantara. Karena tidak membutuhkan perantara, radiasi dapat terjadi di mana saja seperti benda cair atau padat. Perpindahan panasnya juga lebih cepat karena menggunakan gelombang elektromagnetik. Biasanya, radiasi disertai cahaya. Contoh terjadinya radiasi yaitu:
· Panas matahari sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa
· Menetaskan telur dengan lampu
· Mengeringkan pakaian dengan dijemur di bawah terik matahari
· Tubuh terasa hangat saat dekat dengan sumber api
Rumus perpindahan kalor secara radiasi yaitu:
Q/t = e σ ΔT⁴
Keterangan:
σ = konstanta stefan boltzman (5,67x10⁻⁸ W/m².K⁴)
A = luas batang (m²)
e = emisitas (0 ≤ e ≤ 1)
T = suhu (K)
Contoh Soal
Sebuah ruang dengan pendingin ruang (AC) memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,75 m dan tebalnya 3,2 mm. Jika suhu pada permukaan dalam kaca 25 derajad celsius dan suhu pada permukaan luar kaca 31 derajad celsius, maka laju konduksi kalor yang masuk ke ruang itu adalah... (konduktivitas termal kaca, k= 0,8 W/m.K)
Pembahasan:
Diketahui:
A = 2,0 m x 1,75 m = 3,5 m²
d = 3,2 mm = 3,2 x 10⁻³ m
k = 0,8 W/m.K
ΔT = 31 – 25 = 6◦C
Ditanya:
Q/t ?
Jawab:
Q/t = ( k A ΔT ) / d
Q/t = (0,8 . 3,5 .6) / (3,2 . 10⁻³) = 5250 J
Jadi, laju konduksi kalor adalah 5250 joule.
Pengertian Gas Ideal
Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.
Pada kondisi normal seperti temperatur dan tekanan standar, kebanyakan gas nyata berperilaku seperti gas ideal. Banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia dan karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir. Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.
Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat seperti refrigeran atau gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atausolid. Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan yang lebih kompleks.
Pada kenyataannya, sifat-sifat gas idela tigak terdapat di alam. Akan tetapi, pada suhu kamar dan tekanan tertentu. gas dapat memiliki sifat yang mendekati gas ideal. Secara mikroskopis, gas ideal memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
- Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar dan tidak terjadi interaksi antar partikel gas tersebut.
- Setiap partikel selalu bergerak ke sembarang arah.
- Partikel-partikel gas tersebar merata dalam ruang yang sempit.
- Jarak antarpartikel jauh lebih besar daripada ukuran partikel.
- Ukuran partikel gas dapat diabaikan.
- Tidak terdapat gaya antar partikel kecuali jika terjadi tumbukan.
- Hukum Newton tentang gerak berlaku pada sistem gas tersebut.
Gas ideal sebenarnya tidak ada di alam. Gas ideal merupakan penyederhanaan atau idealisasi dari gas yang sebenarnya (gas nyata) dengan membuang sifat-sifat yang tidak terlalu signifikan sehingga memudahkan analisis. Namun orang dapat menciptakan kondisi sehingga gas nyata memiliki sifat-sifat yang mendekati sifat-sifat gas ideal. Beberapa sifat gas ideal
sebagai berikut.
Sifat 1: Tidak ada interaksi antar molekul-molekul gas Antar molekul gas tidak ada gaya tarik-menarik atau tolak-menolak meskipun jarak antar molekul sangat dekat. Interaksi yang terjadi antar molekul gas hanyalah tumbukan antar molekul yang sifatnya elastik sempurna. Setelah tumbukan tidak terjadi perubahan energi kinetik total molekul. Sebaliknya pada gas nyata ada tarikan antar molekul-molekulnya jika jarak antar molekul sangat dekat. Gaya tarik menarik inilah yang menyebabkan gas dapat mencair. Sedangkan gas ideal tidak dapat mencair. Gas nyata mendekati sifat gas ideal jika jarak rata-rata antar molekul sangat jauh sehingga gaya tarik antar molekul dapat dianggap nol. Jarak antar molekul yang besar dapat dicapai dengan memperkecil tekanan gas dan meperbesar suhunya (jauh di atas titik didih).
Sifat 2: Molekul-molekul gas dapat dipandang sebagai partikel-partikel yang ukurannya dapat diabaikan (dapat dianggap nol). Dengan anggapan ini ruang yang ditempati gas ideal dapat dianggap semuanya ruang kosong karena volume total semua partikel gas dapat dianggap nol. Kondisi ini juga dapat didekati oleh gas nyata pada tekanan rendah dan suhu tinggi di mana jarak rata-rata antar molekul jauh lebih besar daripada diameter molekul gas.
Sifat 3: Dalam satu wadah partikel gas bergerak secara acak ke segala arah. Tumbukan antar molekul gas maupun tumbukan antar molekul gas dengan dinding wadah bersifat elastik sempurna sehingga energi kinetik total molekul-molekul gas selalu tetap. Setelah mendefinisikan sifat-sifat yang dimiliki gas ideal, mari kita membahas sifat-sifat makroskopik gas tersebut. Sifat makroskopik gas ideal diawali dengan kajian eksperimen. Dari kajian tersebut dibangunlah rumus empiris yaitu rumus yang diduga memenuhi data-data pengamatan. Kemudian para fisikawan membangun landasan teoretik mengapa sifat-sifat gas ideal seperti apa yang diamati (diukur).
Contoh Soal Gas Ideal
Soal 1
Pembahasan
V1 = 4 m3
P1 = 4 Pa
P2 = 8 Pa
P1 x V1 = p2 x V2
V2 = p1 x v1/p2
V2 = 4 x 4 / 8
v2 = 2 m3
Soal 2
Pembahasan
V1 = 5 m3
T1 = 100 K
V2 = 6 m3
v1/t1 = v2/t2
t2 = v2 x t1 / v1
t2 = 6 x 100/5
t2 = 120 k
Tidak ada komentar:
Posting Komentar