Greaters, apakah kamu sudah tahu jika terdapat beberapa mekanisme dalam perpindahan kalor? Materi pelajaran kali ini kita akan membahas tentang Fisika yaitu perpindahan kalor. Secara umum, mekanisme perpindahan kalor terdapat 4 jenis Greaters. Dimulai dari konduksi, konveksi, radiasi, dan evaporasi. Nah untuk lebih jelas, kita akan membahasnya satu persatu. Berikut penjelasannya Greaters.

Konduksi

Konduksi adalah peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel penyusunnya. Jika salah satu ujung batang logam dipanaskan, maka ujung batang lainnya juga akan terasa panas. Perpindahan kalor dengan cara konduksi disebabkan karena partikel-partikel penyusun ujung zat yang bersentuhan dengan sumber kalor bergetar. Semakin besar jumlah kalor yang diberikan ke ujung zat tersebut, maka semakin besar getarannya dan semakin besar energi kinetiknya.

Energi kinetik yang besar menyebabkan partikel tersebut menyentuh partikel di dekatnya. Bersama tumbukan antar partikel terjadi sebagian transfer energi kinetik sehingga partikel yang ditumbuk juga ikut bergetar. Demikian seterusnya sampai akhirnya getaran partikel sampai ke ujung zat yang tidak dipanasi. Contoh lain perpindahan kalor secara konduksi adalah sebagai berikut:

  • Benda yang terbuat dari logam akan terasa hangat atau panas jika ujung benda dipanaskan. Misalnya ketika memegang kembang api yang sedang dibakar, ujung dari panci, sendok saat digunakan untuk mengaduk air panas dan masih banyak lainnya.
  • Knalpot motor menjadi panas saat mesin dihidupkan.
  • Mentega yang dipanaskan di wajan menjadi meleleh karena pengaruh panas yang diberikan.

Secara matematis, perpindahan kalor secara konduksi dapat dirumuskan sebagai berikut.

Rumus Konduksi

Keterangan:

k : konduktivitas termal (W/mK)

A : luas penampang (m2)

ΔT : perubahan suhu (K)

l : panjang (m)

H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)

Konveksi

Konveksi adalah peristiwa perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada zat cair dan zat gas. Perpindahan kalor terjadi karena terdapat perbedaan massa jenis zat. Air merupakan konduktor yang buruk, namun ketika air bagian bawah dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut terasa panas. Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel air dingin dari bagian atas.

Dengan hal ini, panas air dari bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini yang kemudian disebut dengan perpindahan kalor secara konveksi. Contoh lain perpindahan kalor secara konveksi adalah sebagai berikut:

  • Gerakan naik-turun air ketika dipanaskan.
  • Gerakan naik-turun kacang hijau, kedelai, gula, garam, dan lainnya ketika dipanaskan.
  • Proses terjadinya angin darat dan angin laut.
  • Gerakan gas pada balon udara.
  • Asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi.

Secara matematis, perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagai berikut.

Rumus Konveksi

Keterangan:

A : luas penampang (m2)

ΔT : perubahan suhu (K)

H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)

Dengan H adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah, atau menghadap ke atas. Konveksi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain terlihat pada peristiwa angin darat dan angin laut.

Radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi adalah adalah proses di mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Panas tersebut dapat mengalir dalam ruang atau bahkan dalam ruang hampa di antara benda-benda tersebut. Telah kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi berupa ruang hampa udara, sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara.

Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara atau medium ini disebut radiasi atau hantaran. Contoh lain perpindahan kalor secara radiasi, misalnya pada waktu kita mengadakan kegiatan perkemahan, api unggun yang dinyalakan dapat mengantarkan radiasi yang dapat membuat tubuh kita menjadi hangat saat kegiatan perkemahan tersebut. Contoh lain perpindahan kalor secara radiasi adalah sebagai berikut:

  • Tubuh terasa hangat ketika berada di dekat sumber api.
  • Menetaskan telur unggas dengan bantuan lampu.
  • Pakaian menjadi kering ketika dijemur di bawah terik matahari.

Pada tahun 1897, Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna. Dia menyatakan bahwa daya total itu sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima tahun kemudian Ludwig Boltzmann menurunkan hubungan yang sama. Persamaan yang didapat sama dari hubungan ini dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang berbunyi “Energi yang dipancarkan oleh suhu permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T4)”. Secara matematis, perpindahan kalor secara radiasi dapat dirumuskan sebagai berikut.

Rumus Radiasi

Keterangan:

A : luas penampang (m2)

H : kalor yang merambat persatuan waktu (J/s atau watt)

Dengan σ dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann yang mempunyai nilai 5,67 x 10-8 Wm-2K-4 dan e adalah koefisien emisivitas, nilainya di antara 0 dan 1 serta bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan, untuk benda hitam sempurna, e = 1.

Evaporasi

Evaporasi atau proses penguapan merupakan perpindahan kalor yang didasarkan pada peristiwa pemanasan atau proses pembakaran. Dalam hal ini, terjadi pemindahan panas yang didasarkan pada evaporasi, sumber panas hanya dapat kehilangan panas. Contoh lain dari proses evaporasi adalah air yang dipanaskan kemudian menguap menjadi gas, panas yang dihasilkan oleh tubuh manusia, kelembaban dipermukaan kulit menguap ketika udara melintasi tubuh.

Nah Greaters, itu tadi penjelasan mengenai perpindahan kalor yang menjadi materi pelajaran fisika. Semoga bermanfaat!

Sumber gambar utama: Shutterstock

Baca juga Mudah dan Cepat Membahas Fluida Statis, Materi Fisika Pembahasan kelas 12