Sponsors Link

Rumus dan Contoh Soal Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Sponsors Link

Konduksi dalah perpindahan kalor melalui perantara berupa zat padat dimana perpindahan kalor pada zat padat tersebut tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya. Zat padat penghantar kalor, yaitu:

1. Konduktor

Konduktor adalah zat padat yang mampu menghantar kalor dengan baik. Zat padat yang tergolong dalam konduktor adalah jenis logam, seperti platinum, emas, perak, tembaga, aluminium, besi, dan jenis logam lainnya.

2. Isolator

Isolator adalah zat padat pengantar kalor yang lemah. Zat padat yang tergolong dalam isolator adalah zat padat non logam, seperti plastik, kain, kayu, karet, kertas, kaca, dan zat padat non logam lainnya.

Contoh perpindahan kalor secara konduksi:

  • Perpindahan kalor dari kompor menuju panci yang terbuat dari logam, kemudian mengakibatkan air mendidih.
  • Perpindahan panas oleh aliran listrik menuju bola lampu, bola lampu alan terasa panas ketika tersentuh oleh kulit.
  • Perpindahan panas oleh listrik menuju setrika yang mengakibatkan setrika menjadi panas.
  • Mesin motor yang dinyalakan mengakibatkan panas pada knalpot.
  • Ketika bermain kembang api, lama kelamaan pegangan kembang api menjadi panas saat kembang api menyala.
  • Mentega akan meleleh ketika wajan dipanaskan.

Baca juga : Mengenal apa itu elektron

Rumus Konduksi

Perpindahan jumlah kalor secara konduksi tiap detik dirumuskan dengan:

H = Q/t = (k . A . ΔT)/L

Q = (k . A . t) ΔT/L

Keterangan:

H = Jumlah kalor yang merambat tiap detik (J/s atau Watt)

Q = Banyak kalor (Joule)

t = Selang waktu (s)

k = Koefisien konduksi termal(J/msK atau W/mK)

A = Luas penampang batang (m2)

L = Panjang batang (m)

ΔT = Perbandingan suhu antar kedua ujung batang (K)

Baca juga : Contoh radiasi benda hitam

Contoh Soal

1. Batang besi dengan panjang 4 m, memiliki luas penampang 24 cm2, dan perbedaan suhu kedua ujungnya 50º C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/msC. Tentukan jumlah kalor yang dirambatkan!

Solusi:

Diketahui:

L = 4 m

A = 24 cm2 = 0,00024 m2 = 24 × 10-4 m2

k = 0,2 kal/msK

ΔT = 50º C

Ditanya: H = … ?

Jawab:

H = (k . A . ΔT)/L

H = (0,2 . 24 × 10-4 . 50)/4

H = 0,0024/4

H = 0,0006

H = 6 × 10-4 J/s

Jadi, jumlah kalor yang dirambatkan oleh besi yang dipanaskan adalah 6 × 10-4 J/s.

Baca juga : Perbedaan larutan elektrolit dan non elektrolit

2. Suatu batang logam yang salah satu ujungnya dipanasi. Batang logam tersebut memiliki luas penampang 25 cm2 dan konduktifitas termal 4.105 J/smC. Panjang batang logam tersebut 8 m dan perbedaan suhu kedua ujungnya 30º C. Kalor yang merambat dalam batang besi selama 2 detik adalah …

Solusi:

Diketahui:

A = 25 m2

k = 4 × 105 J/msC

L = 8 m

ΔT = 30º C

t = 2 s

Ditanya: Q = … ?

Jawab:

Q = (k . A . t) . ΔT/L

Q = (4 × 105 . 25 . 2) 30/8

Q = 75 × 106 J

Jadi, kalor yang merambat pada batang besi adalah 75 × 106 J.

3. Dua batang aluminium A dan B memiliki perbandingan luas penampang 3:2. Sedangkan perbandingan panjangnya 5:4. Jika perbedaan suhu ujung kedua aluminium sama. Rambatan kalor tiap satuan waktu pada aluminium A dan B adalah …

Solusi:

Diketahui:

Perbandingan luas penampang aluminium A dan B = 3:2

Baca juga : Contoh klasifikasi materi dalam kehidupan sehari-hari

Perbandingan panjang aluminium A dan B = 5:4

Ditanya: Rambatan kalor pada aluminium A dan B?

Jawab:

ΔTA = ΔTB

(QA . LA)/kA . AA . tA = (QB . LB /kB . AB . tB

(QA . 5)/kA . 3 . tA = (QB . 4)/kB . 2 . tB

(QA/kA ) 5/3 = (QB/kB)/4/2

(QA/kA )/(QB/kB) = (4/2)/(5/3)

(QA/kA )/(QB/kB) = (4/2) × (3/5)

(QA/kA )/(QB/kB) = 12/10

(QA/kA )/(QB/kB) = 0,12 J

Jadi, rambatan kalor pada aluminium A dan B adalah 0,12 J.

4. Lempengan tembaga mempunyai luas penampang 25 cm2 panjang 55 cm. Jika perubahan suhu kedua ujungnya 50º C dan konduktifitas kalor dari tembaga adalah 0,16 W/mK. Berapa laju perpindahan kalor?

Solusi:

Diketahui:

A = 25 cm2 = 25 × 10-4 m2

L = 55 cm = 55 × 10-2 m

ΔT = 50º C = 323,15 K

k = 0,16 W/mK

Ditanya: H = … ?

Jawab:

H = Q/t = (k . A . ΔT)/L

H = Q/t = (0,16 . 25 × 10-4 . 323,15)/55 × 10-2

H = Q/t = 0,002/55 × 10-2

H = Q/t = 0,036

H = Q/t = 36 × 10-2 J/s

Jadi, laju perpindahan kalor adalah 36 × 10-2 J/s.

Baca juga : Contoh soal konfigurasi elektron

5. Lempengan tembaga yang dipanaskan salah satu ujungnya memiliki panjang 4 m dan lebarnya 2 m. suhu masing-masing ujung tembaga adalah 33º C dan 43º C. Konduksi termal tembaga adalah 8 × 10-1 W/mK. Berapa jumlah kalor yang mengalir?

Solusi:

Diketahui:

L = 4 m

l = 2 m

T1 = 33º C = 306,15 K

T2 = 43º C = 316,16 K

k  = 8 × 10-1 W/mK

Ditanya: H= … ?

Jawab:

A = L × l = 4 × 2 = 8 m2

ΔT = T2 – T1 = 316,16 – 306,15 = 10º K

H = Q/t = (k . A . ΔT)/L

H = Q/t = (8 × 10-1  . 8 . 10)/4

H = Q/t = 8 × 10-1  . 2 . 10

H = Q/t = 16 Watt

Jadi, jumlah kalor yang mengalir adalah 16 Watt.

6. Dua batang besi X dan Y disambungkan pada salah satu ujungnya. Pada ujung-ujung yang lain diberi panas sengan suhu berbeda, 60º C dan 30º C. Jika panjang logam sama dan konduktifitas besi X dua kali lipat besi Y. Tentukan suhu pada sambungan kedua logam!

Solusi:

Diketahui:

TX = 60º C

TY = 30º C

LX = LY

AX = AY

KX = kX

Ditanya: T = … ?

HX = HY

(kX . AX . ΔTX)/LX = (kY . AY . ΔTY)/LY

kX . ΔTX = kY . ΔTY

2 kY . (60º – T) = kY . (T – 30º)

2 . (60º – T) = (T – 30º)

120º – 2T = T – 30º

120º + 30º = T + 2T

150º = 3T

150º/3 = T

50º = T Jadi, suhu pada sambungan kedua logam adalah 50º C.

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