SUHU DAN KALOR A. Perpindahan Kalor Kalor juga dapat berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. Proses inilah yang disebut perpindahan kalor/ panas/ energi. Ada tiga jenis perpindahan kalor, yaitu: (1) konduksi, (2) konveksi, dan (3) radiasi. Pastinya di kelas X, teman-teman sudah paham, karena sudah dibelajarkan di tingkat sekolah dasar maupun sekolah menengah pertama. Namun, ditingkat sekolah menengah atas, teman-teman diminta untuk dapat menghitung nominal kalor yang pindah (menganalisis perpindahan kalor) serta menyebutkan contohcontoh proses tersebut pada kehidupan sehari-hari. Konsep ini sangatlah penting untuk kita ketahui, karena peristiwanya yang banyak terjadi di sekita kita. Bahkan, bagi teman-teman yang kreatif dapat menggunakan konsep-konsep fisika sederhana untuk meyelesaikan permasalahan sains yang ada disekitarnya khususnya kalor. Keterampilan ini disebut juga keterampilan literasi sains. Supaya lebih paham, mari kita simak pembahasannya berikut!
1. Konduksi Pembahasan yang pertama dalam perpindahan kalor adalah konduksi. Konduksi merupakan perpindahan kalor dimana partikel-partikel zat tidak ikut berpindah, biasanya terjadi pada benda padat. Namun,untuk beberapa kasus (nanti kita akan mengenal) ada juga benda gas dan benda cair yang mengalami proses konduksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju perpindahan kalor adalah: a. koefisisen konduktivitas termal
b. panjang stik/ batang c. luas penampang d. perbedaan suhu antar ujung batang Secara matematis faktor-faktor di atas dirumuskan menjadi: H= Q / t = (k x A x ∆T) / l Dengan keterangan sebagai berikut: H
= laju perpindahan kalor secara konduksi dengan satuan dalam joule/s
Q
= jumlah kalor yang dipindahkan dengan satuan dalam joule
t
= lamanya waktu dipindahkannya kalor dengan satuan dalam sekon
k
= koefisien konduktivitas termal dari benda/ zat dalam satuan joule /(sekon meter celcius)
A
= luas penampang benda yang digunakan sebagai penghantar dengan satuan dalam meter persegi (m^2)
∆T
= perbedaan suhu antar ujung batang dengan satuan dalam derajat celcius
l
= panjang stik/ batang penghantar dengan satuan dalam meter
Hubungan antara tiap faktor dapat ditunjukkan melalui persamaan di atas. Laju konduktivitas akan bernilai besar (cepat) apabila benda yang dipanasi memiliki nilai koefisien konduktivitas yang besar, penampang yang luas dan perbedaan suhu yang besar pula, tetapi dengan panjang yang kecil. Hal yang sebaliknya berlaku pula untuk laju konduktivitas yang kecil. Contoh konduksi dalam kehidupan sehari-hari adalah: panci yang digunakan terbuat dari logam aluminium karena memiliki konuktivitas termal yang besar. Berdasarkan tabel dapat diketahui nilai konduktivitas termal dari aluminium adalah 5 x (10 ^-2) kkal/(s m C). Angka tersebut menunjukkan bahwa tiap kenaikan 1 derajat celcius sebatang aluminium dengan panjang 1 meter akan menghantarkan kalor sebesar 500 kal tiap detiknya. Angka tersebut setara dengan 5 kalori untuk aluminium sepanjang 1 cm. Apalagi ditambah dengan sifat aluminum yang susah teroksidasi sehingga susah berkarat.
Nilai, konduktivitas ini juga memiliki arti bahwa benda tersebut cepat kembali untuk dingin sesuai dengan penurunan suhunya. 2. Konveksi Konveksi merupakan proses perpindahan kalor yang disertai dengan proses perpindahan partikelnya. Perpindahan kalor seperti ini biasanya terjadi pada benda cair dan benda gas. Beberapa hal yang mempengaruhi kecepatan perpindahan kalor secara konveksi adalah sebagai berikut: a. koefisien konveksi zat b. luas penampang zat yang dipanasi c. perbedaan suhu dari dari tempat benda dipanasi dengan tempat yang ditentukan Faktor-faktor tersebut kemudian dirumuskan secara matematis menjadi: H= Q / t = h x A x ∆T Keterangan: H
= dalam hal ini adalah laju konvektivitas termal dengan satuan joule / sekon
h
= adalah koefisien konveksi dari zat yang digunakan sebagai perantara joule / (sekon x (meter^2))
∆T
=adalah perbedaan suhu dari tempat yang dipanasi dengan tempat yang ditentukan
Berdasarkan pernyataan matematika di atas maka laju konveksi suatu fluida akan meningkat jika nilai dari koefisien konveksi, luas permukaan benda yang dipanasi dan perubahan/perbedaan suhunya. Jika konduktivitas dipengaruhi oleh luas dan panjang benda maka pada konveksivitas termal faktor yang berpengaruh hanyalah luasan saja. Ibarat memanaskan air, semakin luas pancinya maka air yang dimasak akan semakin cepat panas. Jika semakin tepis maka akan semakin cepat panas pula. Hal ini dikarenakan semakin besar luasannya maka jumlah partikel yang dipanasi akan semakin banyak pula. Contoh peristiwa konveksi sangat banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, contohnya yaitu: 1) terjadinya angin, angin laut, angin darat, angin gunung, angin lembah, saat memasah air, dan bahkan perpindahan panas bumi pada lapisan asteonosfer terjadi secara konveksi karena terdiri dari batuan cair.
3. Radiasi Perpindahan kalor yang ketiga adalah radiasi. Radiasi merupakan perpindahan kalor melalui pancaran. Karena sifatnya seperti cahaya maka perpindahan kalor dengan cara radiasi dapat dikurangi dengan cara memberikan benda yang dapat memantulkan gelombang
elektromagnetnya,
misalnya
cermin.
Cermin
hanya
efektif
untuk
memantulkan energi dari cahaya tampak. Cermin juga biasa digunakan dalam termos air sebagai reflektornya. Faktor-faktor yang mempengaruhi daya radiasi suatu bahan adalah: a. koefisien emisivitas b. suhu benda c. luas peanampang dari sumber secara matematis, faktor-faktor tersebut dirumuskan menjadi: P = e . σ . A . (T4) Keterangan: P
= daya dari sumber dengan satuan watt
e
= koefisien emisivitas bahan yang tidak memiliki satuan
σ
= konstanta sephan bolzman dengan satuan watt / (meter persegi x Kelvin)
A
= luas penampang dari sumber dengan satuan meter persegi (m^2)
T
= suhu dengan satuan Kelvin (K)
Radiasi dari suatu pemancar panas akan besar jika benda tersebut memiliki nilai e (koefisien emisivitas), luas permukaan dan suhu yang besar. Kenaikan dari nilai emisivitas radiasinya memiliki nilai yang sama dengan penurunannya. Boleh dikatakan dalam bahasa yang lain emisi sama dengan absopsi. Nilai yang dipancarkan sama dengan nilai yang diserap oleh benda yang menerima. Contoh radiasi pada kehidupan sehari-hari adalah perpindahan panas matahari ke bumi, panas dari api unggun, bolam lampu, dan sebagainya. Ada satu alat yang menggunakan prinsip yang berusaha mencegah ketiga perpindahan kalor tersebut, yaitu termos air. Termos air dikembangkan dengan tujuan untuk menjaga suhu air agar tidak berubah secara drastic. Teman-teman yang punya
termos bisa membukanya untuk melihat-lihat dan membedakan manakah yang merupakan prinsip konduksi, konveksi dan radiasi.
