Sponsors Link

Rumus Perpindahan Kalor

Sponsors Link

perpindahan-panas-secara-konveksi-konduksi-dan-radiasiKalor merupakan bentuk dari energi yang berpindah dari suatu benda ke benda lainnya karena adanya suhu yang berbeda biasanya aliran terjadi dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Ketika suatu benda menerima suatu kalor maka ada beberapa kemungkinan yaitu terjadi pemuaian, terjadi pertambahan suhu, atau mengalami perubahan wujud zat.

ads

Alat untuk mengukur kalor dinamakan kalorimeter. Salah satu satuan kalor dari macam – macam satuan internasional adalah Joule (J) dan satuan lain yang umum yang sering dipakai adalah kalori (Kal). Kalori merupakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu menjadi 10C sebanyak 1 gram.

Koversi satuan Kalor yaitu

1 kalori = 4,2 Joule

1 Joule =0,24Kalori

Rumus dasar menghitung Kalor yaitu:

Q = m . c . ΔT

Keterangan :

Q = Kalor (J)

m : Massa Benda (kg)

c = Kalor Jenis (J Kg oC)

ΔT = Perubahan Suhu (oC)

Rumus-rumus Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor seperti halnya gelombang bunyi dan listrik dapat berpindah melalui medium. Medium ini sangat mempengaruhi laju perpindahan kalor. Perpindahan kalor berdasarkan medium perantaranya terbagi ke dalam tiga jenis bentuk perpindahan yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Untuk mengetahui besar energi dari perpindahan kalor tersebut digunakan rumus berbeda disesuaikan dengan jenis bentuk perpindahan nya.

  1. Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi terjadi melalui medium zat padat tanpa mediumnya ikut berpindah hanya kalor yang berpindah. Laju perpindahan kalor secara konduksi dirumuskan sebagai kalor yang mengalir  per satuan waktu yang dihitung dengan mengalikan antara konduktivitas kalor (k) dengan luas penampang (A) dan selisih suhu kedua titik (T2 – T1) dibagi dengan panjang logam (L). Sehingga rumus laju perpindahan kalor secara konduksi yaitu:

Rumus persamaan perpindahan konduksi 1:

rumus perpindahan konduksi 1Keterangan:

  • H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)
  • Q : kalor (J atau kal)
  • k   : koefisien konduksi (konduktivitas termal)  (J/msK atau W/mK)
  • t    : waktu (s)
  • A : luas penampang (m2)
  • L : panjang logam (m)
  • T   : Suhu (kelvin)

Contoh Soal 1:

Sebuah logam baja sepanjang 40 cm memiliki luas penampang 10 cm2. Jika terjadi perubahan suhu pada baja tersebut aadalah 500C dan konduktivitas kalor dari lempeng tersebut adalah 0,16 W/mK. Berapa laju perpindahan kalor tersebut?

Penyelesaian:

Diktahui:

L = 40 cm = 4 x 10-1 m

A = 10 cm2 = 1 x 10-3 m2

k = 0,16 W/mK

)T = 570C + 273K = 330K

Ditanyakan: H……………….?

Jawab:

H= k. A. )T/L = (0,16) (1 x 10-3)(330)/40 = 1,32 x 10-3 J/s

Rumus persamaan perpindahan konduksi 2:

Rumus ini dipakai jika ada dua batang logam berbeda jenis yang disatukan. Persamaan nya dapat ditulis dengan rumus sebagai berikut:

rumus perpindahan konduksi 2Keterangan:

  • H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)
  • Q : kalor (J atau kal)
  • k   : koefisien konduksi (konduktivitas termal)  (J/msK atau W/mK)
  • t    : waktu (s)
  • A : luas penampang (m2)
  • L : panjang logam (m)
  • T   : Suhu (kelvin)

 

Sponsors Link

Contoh Soal

Terdapat 2 buah batang logam sama panjang dan luas dengan berbahan jenis baja ( k = 0,12 kal/s cm°C) dan kuningan 0,24 kal/s cm°C. Suhu ujung batang baja 250°C dan suhu ujung batang kuningan 100°C. Berapa suhu pada persambungan kedua batang tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

T1 = 250°C

T2 = 100°C

k1 = 0,12 kal/s cm°C

k2 = 0,24 kal/s cm°C

Ditanyakan: T………….?

Jawab

k1. A. )T/L = k2. A. )T/L

0,12(250 –T) = 0,24(T – 100)

T = 150oC

Jadi suhu dipersambungan adalah 150oC

  1. Konveksi

Konveksi merupakan perpindhan kalor melalui medium zat cair/fluida atau gas. Perpindahan kalor yang terjadi tidak hanya suhu akan tetapi disertai perpindahan medium perambatnya. Laju perpindahan kalor (H) terkait dengan beda suhu ()T) antara dinding dan fluida dan Luas permukaan (A) dan besar koefien perpindahan kalor konveksi (h).

Rumus yang dipergunakan untuk menghitung perpindahan kalor secara konveksi yaitu:

konveksi

Keterangan:

H = Laju perpindahan (J/s)

h = koefisien konveksi termal (j/sm2K)

A = Luas permukaan (m2)

∆ T = Perbedaan suhu (K)

Baca juga:

Contoh Soal

Fluida dengan koefisien termal 0,01 kal/ms0C ditampung oleh penampang seluas 20 cm2. Suhu fluida mengalir dari 1000C ke dinding lain yang bersuhu 200C. Jika kedua dinding sejajar berapakah besar kalor yang dirambatkan?

Penyelesaian

Dikethaui:

h = 0,01 kal/ms0C

A = 20 cm= 2 x 10-3 m2

∆ T = (1000C-200C) = 800C

Ditanyakan: H………..?

Jawab:

H = h A ∆ T

= (0,01 kal/ms0C) (2 x 10-3 m2) (800C)

= 16 x 10-4 kal/s

Jadi besar kalor yang di rambatkan adalah sebesar  16 x 10-4 kal/s

  1. Radiasi

Radiasi merupakan perpindahan kalor tanpa menggunakan medium perantara. Semakin hitam benda yang menyerap kalor maka semakin besar  panas yang diradiasikan. Contoh radiasi benda hitam yaitu penggunaan bahan berwarna hitam dan efek rumah kaca. Hal ini dikenal dengan emisivitas bahan (e).

Rumus untuk perpindahan panas secara radiasi menerapkan hukum Stefan yaitu:

R= e σ T4

Keterangan:

e          : Emisivitas (hitam sempurna e =1)

σ          : Konstanta Stefan-Boltzeman (5,67 x 10-8 W/m2K4)

T          : Suhu (K)

Sponsors Link

Berikut merupakan contoh soal radiasi benda hitam:

Contoh Soal

Plat baja hitam sempurna memiliki panjang 1 meter dan lebar 0,5 meter suhunya  2270C. Berapa energi total yang dipancarkan tiap detik jika σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4?

Penyelesaian:

Diketahaui:

P = 1 m

L = 0,5 m

T = 2270 C = (227 + 273)

K =  500 K = 5,67 . 10-8 W/m2.K4

e = 1 (benda hitam e = 1)

Ditanyakan: R………….?

Jawab:

A = p x l =1 x 0,5 = 0,5 m2

R  = e. σ. A . T4 =  (1). (5,67 . 10-8  ) (0,5). (500)4 = 1771, 875 J

Jadi energi total yang dipancarkan tiap detik sebesar 1771, 875 J

Demikian pembahasan mengenai rumus perpindahan kalor dari tiga jenis aliran berbeda. Semoga dapat menambah wawasan dan bermanfaat.

Sponsors Link
, , , , ,
Oleh :
Kategori : Fisika