Materi Ajar
Perpindahan Kalor
Tujuan : 1. Menjelaskan pengertian
perpindahan kalor secara Konduksi, Konveksi dan Radiasi
2.
Menjelaskan penerapan perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari
A. Proses perpindahan
Kalor
Proses perpindahan panas antar benda
satu dengan lainnya tidak selalu sama. Ada tiga mekanisme atau cara perpindahan
kalor yakni secara konduksi, konveksi dan radiasi.
1.
Konduksi
Konduksi terjadi ketika terjadi
pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel dengan energi
lebih rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih
tinggi. Secara sederhana, perpindahan kalor secara konduksi dapat dipahami
sebagai suatu perpindahan kalor yang terjadi dengan perantara benda padat.
Jadi, benda-benda yang berkontak dan saling memindahkan kalor ini adalah benda
padat melalui tumbukan-tumbukan partikelnya.
Contoh Konduksi:
a.
Ketika kita membakar besi, maka besi akan panas, tetapi
partikel-partikel pada besi tidak ikut berpindah atau tetap pada tempatnya.
b.
Ketika kita mencelupkan sendok ke dalam air panas, maka sendok ujung sendok
yang tidak tercelup juga akan panas, meskipun tidak terjadi perpindahan
partikel di dalam sendok tersebut.
c.
Ketika tangan kita memegang gelas yang panas, tangan kita pun akan
merasakan panasnya, meskipun tidak terjadi perpindahan partikel dari gelas ke
tangan kita.
2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi
terjadi ketika kalor berpindah dengan cara gerakan partikelnya yang telah
dipanaskan. Konveksi dapat terjadi karena dua macam yakni konveksi alami (natural convection) dan konveksi
paksa (forced convection).
Konveksi alami terjadi ketika gerakan perpindahan kalornya disebabkan oleh
perbedaan kerapatan sehingga terjadi perpindahan partikel. Sedangkan konveksi
paksa terjadi ketika perpindahan partikel dilakukan secara paksa misal didorong
dengan pompa atau kipas.
Contoh koveksi
a. Ketika kita
memanaskan air, maka kita akan melihat air itu seperti diaduk. Inilah proses ketika partikel-partikel air yang ada di
bawah yang telah panas berpindah ke atas. Sehingga terjadilah perpindahan kalor
yang diikuti oleh perpindahan partikel air yang dipanaskan.
b. Terjadinya angin darat dan air laut,
karena partikel-partikel udara yang panas berpindah.
c. Adanya
sirkulasi udara dari luar rumah ke dalam rumah karena partikel-partikel udara panas dari luar ruangan masuk ke dalam rumah.
3. Radiasi
Proses perpindahan kalor secara
radiasi terjadi ketika kalor disampaikan tanpa melalui perantara. Prosesnya
secara kimia dapat dijabarkan dengan energi termal yang diubah menjadi energi
radiasi. Dalam hal ini energi termuat dalam gelombang elektromagnetik. Ketika
gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi radiasi maka
akan berubah menjadi energi termal. Artinya, proses perpindahan kalor secara
radiasi terjadi langsung tanpa adanya perpindahan partikel-partikel zat.
Contoh:
a. Panas dari sinar matahari yang melewati
luar angkasa hampa udara tetap dapat sampai ke bumi tanpa perpindahan partikel
apapun.
b. Ketika mendekatkan tangan kita ke api,
maka akan terasa panas meskipun tidak ada partikel api yang berpindah ke tangan
kita.
B. Penerapan Prinsip Perpindahan Kalor
dalam Kehidupan Sehari-hari
Kita dapat
mengetahui bahwa ternyata banyak peralatan yang memanfaatkan sifat perpindahan
kalor dalam kehidupan sehari-hari.Selain pemanfaatan perpindahan kalor,
pencegahan perpindahan kalor juga digunakan untuk beberapa alat dan sistem.
Adapun contoh pemanfaatan perpindahan kalor sebagai berikut:
1. Panel Surya
Panel surya
adalah alat yang menyerap kalor radiasi matahari. Kalor dari matahari akan
diserap oleh permukaan hitam lalu dihantarkan secara konduksi melalui logam.
Selanjutnya kalor dipindahkan ke bagian system pemanas air yang terhubung.
2. Termos Panas
Pada termos,
perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi dicegah sehingga air
panas tetap panas dan air dingin tetap dingin. Termos dibuat dari tabung kaca
berlapis yang permukaan dalamnya dibuat mengkilat dengan merupakan penyerap dan
pemancar kalor yang buruk sehingga mencegah kalor masuk atau keluar dari
teras.Tabung kaca untuk mencegah perpindahan secara konduksi, dinding luar
termos dibuat dari kaca menqkilat berlapis perak untuk menghalangi perpindahan
kalor secara radiasi.Di antara lapisan kaca terdapat ruang hampa udara untuk
mencegah perpindahan kalor secara konveksi dan konduksi dari dinding kaca ke
dinding kaca luar.Selain itu termos juga disumbat dengan bahan isolator untuk
mencegah terjadlnya perpindahan kalor secara konduksi pada permukaan air.
3. Rumah Kaca
Rumah kaca
merupakan bangunan yang tertutup dengan lingkungan yang dapat
dikendalikan.Dinding dan atapnya terbuat dari kaca atau plastik.Pada hari
panas, radiasi matahari dengan panjang gelombang pendek masuk menembus kaca dan
kemudian diserap oleh tanah dan tanaman di dalamnya.Kondisi ini menyebabkan
tanah dan tanaman di dalamnya memancarkan kembali kalor yang diterimanya dalam
bentuk radiasi inframerah dengan panjang gelombang yang lebih panjang.Energi
ini tidak dapat menembus kaca sehingga terperangkap di dalam rumah.
4. Setrika
Listrik
Energi
listrik diubah menjadi energi panas yang kemudian dikonduksikan melalui alas
besi tebal yang ada di bagian bawah setrika.Penghantaran kalor secara radiasi
dan konveksi tidak terjadi pada setrika.
5. Pipa Penukar Kalor
Pipa penukar kalor yang
banyak digunakan di bidang industri merupakan suatu alat yang digunakan di
bidang industri merupakan suatu alat yang digunakan untuk memanaskan zat cair
atau udara pada suatu wadah. Di dalam pipa dialirkan air panas atau udara panas
hasil proses pemanasan suatu alat yang dinamakan boiler. Pipa penukar kalor
dimasukkan pada tempat atau wadah yang berisi air atau udara yang akan
dipanaskan sehingga terjadi perpindahan kalor secara konveksi dan konduksi.
Proses tersebut berlangsung dengan cara air panas yang mengalir dalam pipa akan
menghantarkan kalor secara konveksi ke pipa bagian dalam. Dari bagian dalam dan
permukaan pipa kalor dihantarkan secara konveksi pada zat cair atau udara.
