Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net MATERI POKOK PERPINDAHAN KALOR
I. Kompetensi Dasar Menganalisis cara perpindahan kalor II. Indikator Hasil Belajar Siswa dapat : 1. Memahami pengertian perpindahan kalor 2. Memahami pengertian perpindahan kalor secara konduksi 3. Menjelaskan contoh perpindahan kalor secara konduksi dalam kehidupan sehari-hari 4. Menentukan laju perpindahan kalor secara konduksi atau besaran fisika yang terkait dengan laju perpindahan kalor secara konduksi 5. Memahami pengertian perpindahan kalor secara konveksi 6. Menjelaskan contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari 7. Memahami pengertian perpindahan kalor secara radiasi 8. Menjelaskan contoh perpindahan kalor secara radiasi dalam kehidupan sehari-hari 9. Menjelaskan fenomena alam yang berkaitan dengan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi III. Materi Pembelajaran 1. Perpindahan kalor secara konduksi 2. Perpindahan kalor secara konveksi 3. Perpindahan kalor secara radiasi
A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
1
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
1. Perpindahan kalor Kalor atau panas adalah energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju benda bersuhu rendah. Secara alami kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor terhenti setelah terjadi kesetimbangan termal. Jika anda mencampur air panas dengan air dingin maka kalor berpindah dari air panas menuju air dingin. Perpindahan kalor terhenti setelah terjadi kesetimbangan termal atau setelah campuran air panas dan air dingin mencapai suhu yang sama. Terdapat tiga jenis perpindahan kalor, antara lain perpindahan kalor secara konduksi, perpindahan kalor secara konveksi, perpindahan kalor secara radiasi. 1.1 Perpindahan kalor secara konduksi 1.1.1 Pengertian perpindahan kalor secara konduksi Jika anda duduk di kursi kayu, permukaan kursi kayu menjadi hangat. Sebaliknya jika anda duduk di kursi yang terbuat dari plastik atau logam, permukaan kursi logam atau plastik tidak terasa hangat setelah diduduki. Mengapa permukaan kursi kayu hangat, sedangkan permukaan kursi logam tidak ? Mengapa tidur di lantai yang dingin tanpa kasur dapat menyebabkan sakit ? Pernah mengenakan jaket anti dingin ? Mengapa kebanyakan jaket anti dingin terbuat dari wol ? Masih banyak hal yang dapat dipikirkan dan dipertanyakan berkaitan dengan pokok bahasan perpindahan kalor secara konduksi. Siapkan sebuah lilin dan sepotong kawat tipis. Pegang salah satu ujung kawat lalu sentuhkan ujung kawat lain ke nyala lilin. Tunggu selama beberapa saat hingga tanganmu kepanasan. Mengapa tanganmu terasa panas ? Ketika salah satu ujung kawat bersentuhan dengan nyala lilin, kalor berpindah dari nyala lilin (suhu tinggi) menuju ujung kawat tersebut (suhu rendah). Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang bersentuhan dengan api meningkat. Perbedaan suhu antara ujung kawat yang bersentuhan dengan nyala lilin dengan ujung kawat lainnya menyebabkan kalor berpindah dari ujung kawat yang bersentuhan dengan api menuju ujung kawat yang disentuh tangan. Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang disentuh meningkat. Kalor selanjutnya berpindah menuju tangan yang lebih dingin. Akibatnya tangan anda terasa panas! Ketika salah satu bagian benda bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah, energi berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju bagian benda bersuhu rendah. Adanya tambahan energi menyebabkan atom dan molekul penyusun benda bergerak semakin cepat. Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik (EK = ½ mv2). Molekul-molekul yang bergerak lebih cepat (energi kinetiknya lebih besar) menumbuk molekul yang berada di sebelahnya. Molekul tadi menumbuk lagi molekul lain yang berada di sebelah. Demikian seterusnya. Jadi molekul-molekul saling bertumbukan, sambil memindahkan energi. Perpindahan kalor yang terjadi melalui tumbukan antara molekul pernyusun benda dinamakan perpindahan kalor secara konduksi. 1.1.2
Rumus perpindahan kalor secara konduksi Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T 1 ) sedangkan benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T 2 ). Karena adanya perbedaan suhu (T 1 – T 2 ), kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki luas penampang (A) dan panjang (l).
Berdasarkan hasil percobaan, kalor yang berpindah selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan suhu (T 1 – T 2 ), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan berbanding terbalik dengan panjang benda. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
T − T2 Q = kA 1 t l Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T 1 = suhu tinggi, T 2 = suhu rendah, l = panjang benda. 1.1.3
Konduktivitas termal (k) Mengapa kebanyakan alat masak terbuat dari aluminium ? Andaikan tangan kiri anda memegang besi, tangan kanan anda memegang kaca, lalu besi dan kaca disentuhkan ke api. Tangan kiri atau tangan kanan yang lebih A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
2
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
cepat merasakan panas ? Pertanyaan-pertanyaan ini dan mungkin pertanyaan lain yang akan anda tanyakan, berkaitan dengan konduktivitas termal benda. Konduktivitas termal suatu benda adalah kemampuan suatu benda untuk memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal kecil merupakan penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk). Jenis benda Perak Tembaga Aluminium Baja Es Kaca (biasa) Bata
Konduktivitas termal (k) J/m.s.Co Kkal/m.s.Co 420 1000 x 10-4 380 920 x 10-4 200 500 x 10-4 40 110 x 10-4 2 5 x 10-4 0,84 2 x 10-4 0,84 2 x 10-4
Jenis benda Air Tubuh Kayu Gabus Wol Busa Udara
Konduktivitas termal (k) J/m.s.Co Kkal/m.s.Co 0,56 1,4 x 10-4 0,2 0,5 x 10-4 0,08 – 0,16 0,2 x 10-4 – 0,042 0,1 x 10-4 0,040 0,1 x 10-4 0,024 0,06 x 10-4 0,023 0,055 x 10-4
1.1.4
Penerapan perpindahan kalor secara konduksi Mengapa ubin terasa lebih sejuk daripada karpet ? Ubin memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet. Karenanya ubin merupakan penghantar kalor yang bagus, sedangkan karpet merupakan penghantar kalor yang buruk. Ketika kita menginjak karpet, kalor mengalir dari kaki menuju karpet. Hal ini terjadi karena suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu karpet. Karpet merupakan penghantar kalor yang buruk karenanya kalor yang mengalir dari kaki kita menumpuk di permukaan karpet sehingga karpet menjadi lebih hangat. Ketika kita menginjak ubin atau keramik, kalor mengalir dari kaki menuju ubin atau keramik. Karena ubin merupakan penghantar kalor yang baik maka kalor tidak tertahan di permukaan ubin. Kalor mengalir dengan lancar sehingga kaki kita terasa dingin. Jika rumahmu berada di daerah dingin, sebaiknya alasi lantai kamarmu dengan karpet agar tubuhmu tidak kehilangan kalor. Sebaliknya, jika rumahmu berada di daerah panas, sebaiknya jangan alasi lantai kamarmu dengan karpet karena bukan kesejukan yang dirimu rasakan tapi kegerahan Tidur di lantai rumah tanpa alas dapat menyebabkan sakit. Mengapa ? Hal ini disebabkan banyaknya kalor yang berpindah dari tubuh menuju lantai. Kalor adalah energi yang berpindah. Ketika tubuhmu kehilangan banyak kalor, maka energi di dalam tubuhmu berkurang. Jika kekurangan energi maka anda bisa sakit! Apa fungsi jendela dan pintu ? Mengapa pintu dan jendela sebaiknya terbuat dari kayu ? Pada malam hari, suhu udara di luar rumah lebih rendah daripada suhu udara di dalam rumah. Adanya perbedaan suhu udara ini menyebabkan kalor berpindah dari dalam rumah ke luar rumah. Karenanya, biasanya pada malam hari kita menutup pintu atau jendela. Selain bertujuan menghalau penjahat, salah satu fungsi jendela atau pintu adalah menahan kalor agar tidak keluar dari dalam rumah. Biasanya pintu atau jendela terbuat dari kayu. Konduktivitas termal kayu cukup kecil sehingga bisa berperan sebagai isolator termal. Fungsi lain dari jendela atau pintu adalah menahan udara. Udara yang terperangkap pada sisi dalam jendela atau pintu berfungsi sebagai isolator yang baik (penghambat kalor yang hendak kabur). Konduktivitas termal udara pada tabel di atas sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah secara konduksi melalui benda tersebut. Selain mempertahankan status kita sebagai manusia beradab dan normal , pakaian juga berfungsi untuk menjaga suhu tubuh kita agar tetap stabil. Pakaian yang kita gunakan biasanya disesuaikan dengan suhu udara. Ketika suhu udara cukup rendah, pakaian yang kita gunakan lebih tebal. Selimut atau pakaian yang tebal (jaket dll) membuat udara tidak bisa bergerak dengan lancar. Udara terperangkap di antara kulit dan jaket atau selimut. Karena terdapat perbedaan suhu antara tubuh kita dan udara yang terperangkap, maka kalor berpindah dari tubuh menuju udara tersebut. Adanya tambahan kalor dari tubuh menyebabkan suhu udara yang terperangkap meningkat (udara menjadi lebih hangat). Perhatikan tabel konduktivitas termal di atas. Nilai konduktivitas termal udara sangat kecil. Karenanya, kalor tidak bisa keluar dari tubuh. Suhu tubuh kita pun tetap terjaga. Apabila kita tidak menggunakan jaket pada saat udara cukup dingin, kalor keluar dari tubuh kita. Semakin banyak kalor yang keluar dari tubuh maka tubuh kehilangan banyak energi! 1.2 Perpindahan kalor secara konveksi Pernah berada di tepi pantai ketika hari sedang cerah ? Pada siang hari yang cerah, di tepi pantai selalu ada angin yang bertiup dari laut ke darat. Mengapa selalu ada angin di tepi pantai dan mengapa angin laut (angin bertiup dari laut ke darat) terjadi pada siang hari, angin darat (angin bertiup dari darat ke laut) terjadi pada malam hari ? Mengapa pada musim hujan, awan dapat turun ke lereng gunung ? Mengapa angin terasa sejuk ? Jawaban pertanyaan-pertanyaan ini berkaitan dengan kalor jenis daratan dan laut, pemuaian, massa jenis serta perpindahan A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
3
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
kalor secara konveksi! Dengan memahami secara baik dan benar pokok bahasan ini, anda dapat menjawab pertanyaan di atas dan pertanyaan lainnya yang mungkin anda pertanyakan kemudian. Perpindahan kalor secara konduksi biasanya terjadi pada benda padat atau dari benda padat ke benda cair (benda cair ke benda padat) atau dari benda padat ke benda gas (benda gas ke benda padat). Sedangkan perpindahan kalor secara konveksi biasanya terjadi pada benda cair (misalnya air) dan benda gas (misalnya udara). Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan benda. Agar anda lebih memahami perpindahan kalor secara konveksi, tinjau sebuah kasus, misalnya air yang dipanaskan menggunakan api. Ketika air di dalam sebuah wadah dipanaskan dengan api, kalor berpindah dari api (suhu tinggi) ke wadah (suhu rendah) secara konduksi dan radiasi. Selanjutnya kalor berpindah dari wadah (suhu lebih tinggi) ke air yang berada di dekat wadah (suhu lebih rendah) secara konduksi. Adanya tambahan kalor menyebabkan suhu air yang berada di dekat wadah meningkat. Meningkatnya suhu air mengakibatkan air memuai atau volume air bertambah. Karena volume air bertambah maka massa jenis air berkurang. Air yang berada di dekat alas wadah mempunyai suhu lebih tinggi dibandingkan dengan air yang berada di sebelah atasnya. Dengan kata lain, air yang berada di dekat alas wadah mempunyai volume lebih besar dan massa jenisnya lebih kecil, sedangkan air yang berada di sebelah atasnya mempunyai volume lebih kecil dan massa jenisnya lebih besar. Adanya perbedaan massa jenis menyebabkan air yang berada di permukaan wadah, yang mempunyai massa jenis lebih besar, bergerak ke bawah dan air yang berada di dekat alas wadah, yang mempunyai massa jenis lebih kecil, bergerak ke atas. Proses ini terjadi secara terus menerus hingga semua air yang berada di dalam mempunyai suhu yang sama (Jika tekanan udara 1 atmosfer maka air di dalam wadah mengalami penguapan alias mendidih pada suhu 100 oC). Terjadinya angin darat dan angin laut juga melibatkan perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. Kalor jenis daratan (kalor jenis benda padat) lebih kecil daripada kalor jenis air laut, karenanya daratan lebih cepat panas ketika disinari matahari dan juga lebih cepat dingin ketika malam hari tiba. Daratan yang lebih cepat panas, memanaskan udara yang berada di atas (kalor berpindah dari daratan ke udara secara konduksi). Suhu udara yang mendapat tambahan kalor meningkat dan udara memuai. Akibatnya massa jenis udara tersebut berkurang. Sebaliknya suhu air laut lebih dingin sehingga udara yang berada di atas permukaan air laut juga lebih dingin, dibandingkan udara yang berada di permukaan daratan. Udara di permukaan laut lebih dingin sehingga massa jenisnya lebih besar. Adanya perbedaan massa jenis udara menyebabkan udara yang berada di permukaan laut bergerak menuju daratan dan menekan udara di daratan ke atas. Semakin jauh dari permukaan bumi, jumlah udara semakin berkurang karena gaya gravitasi bumi semakin kecil. Karena jumlah udara semakin berkurang maka tekanan udara juga semakin kecil. Udara panas di daratan yang bergerak ke atas mengalami pendinginan karena semakin jauh dari permukaan bumi, tekanan udara semakin berkurang. Udara dingin tersebut kemudian bergerak lagi ke bawah, tidak menuju permukaan daratan tetapi menuju permukaan lautan yang mempunyai suhu yang lebih dingin. Proses ini terjadi secara terus menerus sehingga timbul aliran udara dari laut menuju darat. Singkatnya, udara di dekat permukaan laut bergerak ke daratan, udara di dekat permukaan daratan bergerak ke atas, udara yang berada di atas bergerak ke permukaan laut. Mengapa asap selalu bergerak ke atas ? Asap bergerak ke atas karena suhunya lebih tinggi daripada suhu udara disekitarnya. Karena suhu asap lebih tinggi maka volumenya bertambah dan massa jenisnya berkurang. Massa jenis asap yang lebih kecil mengakibatkan tekanan asap juga lebih kecil, dibandingkan dengan tekanan udara di sekitarnya. Udara di sekitar asap menekan asap ke atas. Mengapa pada musim hujan awan bergerak ke bawah ? Ketika musim hujan, awan mengandung banyak uap air sehingga massa jenis awan bertambah. Awan yang mengandung banyak uap air dan mempunyai massa jenis besar, bergerak ke bawah menuju tempat di mana udara di sekitar tempat itu mempunyai massa jenis yang sama dengan massa jenis awan. Anda dapat mempertanyakan dan menjawab banyak hal berkaitan dengan pokok bahasan ini, jika anda telah memahami dengan baik dan benar penjelasan di atas. 1.3 Perpindahan kalor secara radiasi A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
4
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
1.3.1
Pengertian perpindahan kalor secara radiasi Bagaimana rasanya jika anda mengenakan pakaian berwarna hitam pada siang hari yang panas atau ketika anda sedang berolahraga pada siang hari ? Bandingkan dengan ketika anda mengenakan pakaian berwarna putih ? Jika anda mengenakan pakaian berwarna hitam pada siang hari maka anda mudah merasa gerah. Mengapa demikian ? Jarak antara matahari dan bumi pada pagi hari hampir sama dengan jarak antara matahari dan bumi pada siang hari dan sore hari. Lalu mengapa pagi hari dan sore hari lebih dingin, siang hari lebih panas ? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini berkaitan dengan perpindahan kalor secara radiasi. Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contoh perpindahan kalor secara radiasi adalah hangatnya tubuh anda ketika berada di dekat tungku api dan perpindahan kalor dari matahari menuju bumi. Matahari memiliki suhu lebih tinggi (sekitar 6000 Kelvin), sedangkan bumi memiliki suhu yang lebih rendah. Adanya perbedaan suhu antara matahari dan bumi menyebabkan kalor berpindah dari matahari (suhu lebih tinggi) menuju bumi (suhu lebih rendah). Seandainya perpindahan kalor dari matahari menuju bumi memerlukan perantara alias medium, sebagaimana perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi, maka kalor tidak mungkin tiba di bumi; kalor harus melewati ruang hampa (atau hampir hampa). Jika tidak ada sumbangan kalor dari matahari, maka kehidupan di bumi tidak akan pernah ada karena kehidupan membutuhkan energi. Contoh lain perpindahan kalor secara radiasi adalah panas yang dirasakan ketika kita berada di dekat nyala api. Panas yang kita rasakan bukan disebabkan oleh udara yang kepanasan akibat adanya nyala api. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, udara yang panas akan memuai sehingga massa jenisnya berkurang. Akibatnya udara yang massa jenisnya berkurang bergerak vertikal ke atas, tidak bergerak horisontal ke arah kita. Tubuh kita terasa hangat atau panas ketika berada di dekat nyala api karena kalor berpindah dengan cara radiasi dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju tubuh kita (suhu lebih rendah). Perpindahan kalor dengan cara radiasi sedikit berbeda dibandingkan dengan perpindahan kalor dengan cara konduksi dan konveksi. Perpindahan kalor dengan cara konduksi dan konveksi terjadi ketika benda-benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan. Sebaliknya, perpindahan kalor secara radiasi bisa terjadi tanpa adanya sentuhan. 1.3.2
Rumus perpindahan kalor secara radiasi Laju perpindahan kalor dengan cara radiasi ditemukan sebanding dengan luas benda dan pangkat empat suhu mutlak (Skala Kelvin) benda tersebut. Benda yang memiliki luas permukaan yang lebih besar memiliki laju perpindahan kalor yang lebih besar dibandingkan dengan benda yang memiliki luas permukaan yang lebih kecil. Demikian juga, benda yang bersuhu 2000 Kelvin, misalnya, memiliki laju perpindahan kalor sebesar 24 = 16 kali lebih besar dibandingkan dengan benda yang bersuhu 1000 Kelvin. Hasil ini ditemukan oleh Josef Stefan pada tahun 1879 dan diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann sekitar 5 tahun kemudian.
Q = eσAT 4 t Keterangan : Q = Kalor alias energi yang berpindah, t = waktu, A = Luas permukaan benda (m2), T = Suhu mutlak benda (K) e = Emisivitas (angka tak berdimensi yang besarnya berkisar antara 0 sampai 1), σ = 5,67 x 10-8 W/m2.K4 (Konstanta universal. Disebut juga sebagai konstanta Stefan-Boltzmann), Q/t = laju perpindahan kalor secara radiasi atau laju radiasi energi Benda yang permukaannya berwarna gelap (hitam) memiliki emisivitas mendekati 1, sedangkan benda yang berwarna terang memiliki emisivitas mendekati 0. Semakin besar emisivitas suatu benda (e mendekati 1), semakin besar laju kalor yang dipancarkan benda tersebut. Sebaliknya, semakin kecil emisivitas suatu benda (e mendekati 0), semakin kecil laju kalor yang dipancarkan. Kita bisa mengatakan bahwa benda yang berwarna gelap (warna hitam) biasanya memancarkan kalor lebih banyak dibandingkan dengan benda yang berwarna terang (warna putih). Besarnya emisivitas tidak hanya menentukan kemampuan suatu benda dalam memancarkan kalor tetapi juga kemampuan suatu benda dalam menyerap kalor yang dipancarkan oleh benda lain. Benda yang memiliki emisivitas mendekati 1 (benda yang berwarna gelap) menyerap hampir semua kalor yang dipancarkan padanya. Hanya sebagian kecil saja yang dipantulkan. Sebaliknya, benda yang memiliki emisivitas mendekati 0 (benda yang berwarna terang) menyerap sedikit kalor yang dipancarkan padanya. Sebagian besar kalor dipantulkan oleh benda tersebut. Benda yang menyerap semua kalor yang dipancarkan padanya memiliki emisivitas = 1. Benda jenis ini dikenal dengan julukan “benda hitam”. Istilah benda hitam tidak menjelaskan bahwa benda berwarna hitam tetapi menjelaskan kemampuan benda menyerap semua kalor yang dipancarkan padanya.
A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
5
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
1.3.3
Laju kalor yang dipancarkan matahari (laju radiasi matahari) Berdasarkan hasil perhitungan (sesuai dengan kenyataan), ditemukan bahwa terdapat kalor sebesar 1350 Joule per sekon per meter persegi yang berpindah dari matahari ke bumi. Pada hari yang cerah (tidak ada awan), terdapat kalor sebesar 1000 Joule per sekon per meter persegi yang tiba dengan selamat di permukaan bumi. Pada hari yang tidak cerah (banyak awannya), sekitar 70 % kalor diserap oleh atmosfir bumi, hanya 30 % kalor yang tiba dengan selamat di permukaan bumi. Besarnya kalor yang lenyap di atmosfir bumi tergantung pada banyak atau sedikitnya awan. Jumlah kalor sebesar 1350 Joule per sekon per meter persegi dikenal dengan julukan konstanta matahari. Karena Joule per sekon (J/s) = Watt, maka kita bisa menulis kembali konstanta matahari menjadi 1350 Watt per meter persegi = 1350 W/m2 Ketika kalor yang dipancarkan oleh matahari tiba di permukaan bumi, kalor tersebut diserap oleh bumi dan benda-benda yang berada di permukaan bumi. Laju penyerapan kalor bergantung pada emisivitas (e) benda tersebut, luas permukaan benda dan sudut yang dibentuk oleh sinar matahari dengan garis yang tegak lurus permukaan benda. Untuk memudahkan pemahamanmu, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.
Q = (1000W / m 2 )eA cos θ t Keterangan : Q/t = laju penyerapan kalor , 1000W / m 2 = Konstanta matahari e = Emisivitas benda, A = Luas permukaan benda, θ = Sudut yang dibentuk oleh sinar matahari dengan garis yang tegak lurus permukaan benda, A cos θ = Daerah efektif (komponen luas permukaan benda yang tegak lurus sinar matahari) Pada siang hari, sinar matahari sejajar atau berhimpit dengan garis yang tegak lurus permukaan bumi (Sudut yang dibentuk = 0). Sudut yang dibentuk = 0o karenanya laju penyerapan kalor adalah :
Q = (1000W / m 2 )eA cos 0 → cos 0 = 1 t Q = (1000W / m 2 )eA(1) t Q = (1000W / m 2 )eA t Laju penyerapan kalor (Q/t) bernilai maksimum jika sudut yang dibentuk sinar matahari dengan garis yang tegak lurus permukaan bumi = 0o (cos 0 = 1). Biasanya ini terjadi pada siang hari, di mana matahari tegak lurus dengan permukaan bumi. Jadi tidak perlu heran jika siang hari lebih panas daripada pagi atau sore hari. Pada pagi hari dan sore hari, sudut yang terbentuk mendekati 90o.
Besar sudut yang mendekati 90o bisa saja 70o, 75o, 80o, 85o dll. Berdasarkan gambar di atas, sudut yang terbentuk sekitar 80o (Ini cuma perkiraan kasar saja). Seandainya sudut yang terbentuk adalah 80o, maka laju penyerapan kalor adalah :
Q = (1000W / m 2 )eA cos 80 o → cos 80 = 0,17 t
A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
6
Perpindahan Kalor
http://gurumuda.net
Q = (1000W / m 2 )(e)( A)(0,17) t Laju penyerapan kalor (Q/t) pada pagi hari dan sore hari bernilai minimum karena cos teta mendekati nol. Semakin kecil cos teta, semakin kecil laju penyerapan kalor. Hal ini yang menjadi alasan mengapa pada pagi hari atau sore lebih dingin. Pada saat matahari terbenam di ufuk barat atau hendak terbit di ufuk timur, sudut yang terbentuk = 90o. Amati gambar di bawah…
Karena sudut yang dibentuk = 90o, maka laju penyerapan kalor adalah :
Q = (1000W / m 2 )eA cos 90 o → cos 90o = 0 t Q = (1000W / m 2 )eA(0) t Q =0 t Laju penyerapan kalor (Q/t) pada saat matahari terbenam atau hendak terbit = 0. Jadi tidak ada kalor yang disedot. Sinar matahari saja tidak ada, mau disedot apanya .
Referensi : Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga. Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga. Serway, Raymond A. & Jewett, Jhon W. 2004. Fisika Untuk Sains dan Teknik (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Salemba Teknika Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik–Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga. Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
A. San Lohat | Fisika SMA Kelas X Semester 2
7
