Perpindahan Kalor, Kalor Laten, dan Asas Black
04 April 2020
Terdapat tiga mekanisme proses perpindahan kalor antara medium yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
A. Perpindahan kalor secara konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor dengan cara menempelkan langsung antara dua medium yang berbeda temperatur titik misalnya, kita memasak air dengan panci aluminium yang terhubung langsung tanpa ada pemisah.
Laju aliran kalor dalam peristiwa konduksi:
H = kA ∆T/L
dengan
H = arus kalor (J/s)
K = konduktivitas termal (W/m°C)
A = luas penampang aliran (m2 )
∆T = perubahan temperatur (°C)
L = panjang penghantar (m)
Contoh Soal:
sebuah silinder aluminium yang memiliki luas penampang 25 cm2 dan panjang 10 cm dipasang sebagai penghubung antara dinding bertemperatur berbeda, yakni 30°C dan 80°C. hitunglah arus kalor yang mengalir melalui silinder aluminium tersebut!
Diketahui:
∆T = 80-30 = 50 °C
Ditanyakan:
H=...?
Penyelesaian:
H = kA ∆T/L
B. Perpindahan kalor secara konveksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor dengan cara menempelkan langsung antara dua medium yang berbeda temperatur titik misalnya, kita memasak air dengan panci aluminium yang terhubung langsung tanpa ada pemisah.
Laju aliran kalor dalam peristiwa konduksi:
H = kA ∆T/L
dengan
H = arus kalor (J/s)
K = konduktivitas termal (W/m°C)
A = luas penampang aliran (m2 )
∆T = perubahan temperatur (°C)
L = panjang penghantar (m)
Contoh Soal:
sebuah silinder aluminium yang memiliki luas penampang 25 cm2 dan panjang 10 cm dipasang sebagai penghubung antara dinding bertemperatur berbeda, yakni 30°C dan 80°C. hitunglah arus kalor yang mengalir melalui silinder aluminium tersebut!
Diketahui:
A = 25 cm2 = 2,5 × 10-3 cm2
L = 10 cm = 0,1 m
k = 205 W/m s °C∆T = 80-30 = 50 °C
Ditanyakan:
H=...?
Penyelesaian:
H = kA ∆T/L
H = (205) (2,5 × 10-3)(50/0,1)
H = 256,25 J/s
B. Perpindahan kalor secara konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor melalui aliran massa suatu medium perantara misalnya, pada radiator pendingin mesin menggunakan air sebagai medium aliran penghantar kalor.
Laju kalor pada peristiwa konveksi:
H = ∆Q/∆T = hA∆T
dengan
H = laju kalor (J/s)
h = koefisien konveksi bahan ( W/m2 K)
A = luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2)
∆T = beda suhu antara benda dan fluida (°C atau K)
persamaan diatas menunjukkan bahwa semakin luas penampang benda yang bersentuhan dengan fluida, makin cepat kalor mengalir.
C. Perpindahan kalor secara radiasi
Laju kalor pada peristiwa konveksi:
H = ∆Q/∆T = hA∆T
dengan
H = laju kalor (J/s)
h = koefisien konveksi bahan ( W/m2 K)
A = luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2)
∆T = beda suhu antara benda dan fluida (°C atau K)
persamaan diatas menunjukkan bahwa semakin luas penampang benda yang bersentuhan dengan fluida, makin cepat kalor mengalir.
C. Perpindahan kalor secara radiasi
Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor melalui pancaran radiasi elektromagnetik. Misalnya, sinar matahari yang sampai ke bumi tanpa medium apapun di ruang hampa udara.
Laju kalor yang terjadi dalam proses radiasi titik dalam kurun waktu 1879 sampai 1884 Josef Stefan dan Ludwig boltzmann menemukan besarnya laju kalor untuk radiasi, yang kemudian diberi nama hukum Stefan boltzmann, yaitu:
P = eOAT4
Laju kalor yang terjadi dalam proses radiasi titik dalam kurun waktu 1879 sampai 1884 Josef Stefan dan Ludwig boltzmann menemukan besarnya laju kalor untuk radiasi, yang kemudian diberi nama hukum Stefan boltzmann, yaitu:
P = eOAT4
Dengan
P = daya atau laju kalor (W)
e = emisivitas benda
P = daya atau laju kalor (W)
e = emisivitas benda
O = konstanta Stefan (5,67×10-8 W m-2 K-4 )
T = suhu benda (K)
Kalor Laten
Secara umum, suhu setiap benda akan naik jika dialiri kalor. Namun demikian, adalah suatu kondisi dimana suhu benda tetap walaupun diberi kalor. Hal ini terjadi ketika benda mengalami perubahan fase. Misalnya es yang melebur, air yang menguap. Saat melebur es menggunakan kalor untuk mengubah wujudnya. Begitu pula dengan air saat menguap.
Besarnya kalor yang dibutuhkan untuk mengubah fase massa kilogram zat disebut sebagai kalor laten, yang dinyatakan sebagai:
Q = mL
Dengan
Q = besarnya kalor (J) dan
L = panas laten zat (J/kg)
Asas Black
Jika terdapat dua benda yang berbeda suhu saling bersentuhan baik langsung maupun tidak langsung, maka akan terjadi transfer atau perpindahan kalor antara dua benda yaitu dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Sampai kapan peristiwa itu berlangsung? Perpindahan kalor tidak berlangsung terus-menerus. Perpindahan kalor akan berhenti saat terjadi kesetimbangan kalor.
Bagaimanakah kesetimbangan itu terjadi? Mirip dengan peristiwa mekanika pada dua buah balon yang dihubungkan dengan sedotan pada kedua mulutnya. Jika balon bertekanan besar disambungkan dengan balon bertekanan rendah maka udara akan mengalir dari balon bertekanan tinggi ke balon bertekanan rendah. Hal ini terjadi sampai kedua balon tersebut bertekanan sama. Dalam konteks kalor, aliran kalor akan berhenti sampai kalor benda yang melepas kalor sama dengan yang menerima kalor dapat ditulis
Q terima = Q lepas