Perpindahan Kalor

 PERPINDAHAN KALOR

Perpindahan kalor dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :

a.      Konduksi

Jika sebuah logam yang salah satu ujungnya dipanaskandalam selang waktu tertenu, ujung lainnya pun akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada batang logam tersebut terjadi aliran atau perpindahan kalor dari bagian logam yang bersuhu tinggi ke bagian logam yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor pada logam yang tidak diikuti perpindahan massa ini disebut dengan perpindahan kalor secara konduksi. Jadi konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dn selama terjadi perpindahan kalor, tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat perantaranya.

Perpindahan kalor di dalam zat padat dapat dijelaskan dengan teori atom. Atom atom dalam zat padat yang dipanaskan akan bergetar dengan kuat. Atom atom yang bergetar akan memindahkan sebagian energinya kepada atom atom tetangga terdekat yang ditumbuknya. Kemudian atom tetangga yang ditumbuk dan mendapatkan kalor ini akan ikut bergetar dan menumbuk atom tetangga lainnya, demikian seterusnya sehingga terjadi perpindahan kalor

Dalam zat padat. Syarat terjadinya konduksi kalor suatu benda adalah adanya perbedaan suhu antar dua tempat pada benda tersebut. Kalor akan berpindah dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Jika suhu kedua tempat tersebut menjadi sama, maka rambatan kalor pun akan terhenti. Berdasarkan kemampuan suatu zat menghantarkan kalor secara konduksi, zat dapat digolongkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang dapat menghantarkan kalor dengan baik, sedangkan isolator adalah kebalikannya, yaitu zata yang sukar menghantarkan kalor. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa perpindahan kalor secara konduksi bergantung pada jenis logam, luas penampang penghantar kalor, perbedaan suhu antar ujung-ujung logam, serta panjang penghantar yang dilalui oleh kalor tersebut.

Besar kalor yang mengalir per satuan waktu pada proses konduksi ini tergantung pada :

a.Berbanding lurus deng an luas penampang batang

b.Berbanding lurus dengan selisih suhu kedua ujung batang, dan

c.Berbanding terbalik dengan panjang batang

b. Konveksi

Adalah proses perpindahan kalor yang terjadi yang disertai dengan perpindahanpergerakan fluida itu sendiri. Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi karena perbedaan massa jenis, sedangkan pada konveksi paksa terjadinya pergerakan fluida karena ada paksaan dari luar. Contoh konveksi alamiah : nyala lilin akan menimbulkan konveksi udara disekitarnya, air yang dipanaskan dalam panci, terjadinya angin laut dan angin darat, dsb. Contoh konveksi paksa : sistim pendingin mobil, pengering rambut, kipas angin, Besar laju kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida di sekitarnya adalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida dan perbedaan suhu antara benda dengan fluida.

b.      Radiasi

adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada radiasi, kalor atau energi merambat tanpa membutuhkan zat perantara, berbeda halnya dengan konduksi

atau konveksi yang selalu membutuhkan medium.

 

Sebenarnya setiap benda memancarkan dan menyerap energi radiasi.Benda panas ada yang berpijar dan ada juga yang tidak berpijar.  

Kedua benda tersebut memencarkan/meradiasikan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang gelombang. Yosef Stefan menemukan bahwa laju rambat kalor secara radiasi tiap satu satuan luas permukaan benda begantung pada sifat dan suhu permukaan benda. Benda yang mengkilap lebih sukar memencarkan kalor daripada benda yang hitan dan kusam. Keadaan tersebut juga berlaku untuk benda yang menyerap kalor. Benda yang permukaannnya mengkilap lebih sukar menyerap kalor daripada benda yang permukaannnya hitam dan kusam. Jadi dspst dikstsksn bahwa benda hitam dan kusam merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik.

5.PEMUAIAN

Jika sebuah benda dipanaskan/diberikan kalor, maka partikel -partikel dalam benda itu akan bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Sehingga ukuran benda akan menjadi lebih besar. Kita katakan bahwa benda itu memuai.

Pemuaian dapat terjadi baik pada benda padat, cair maupun gas.

A.Pemuaiann zat padat

a) Pemuaian Panjang

Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas penampang yang kecil,

sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada arah panjangnya saja. Besarnya pertambahan panjang sebuah benda yang dipanaskan adalah berbanding lurus dengan :

·         panjang mula-mula benda

·         kenaikan suhu

Secara matematis dituliskan :

ΔL = L₀ a ∆T

Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah :

Lt = Lo + ΔL

b) Pemuaian Luas

Pada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi panjang dan lebar benda.                      ∆A=A_O ß∆T

c) Pemuaian Volume

Pemuaian volume biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pemuaian ini terjadi pada arah memanjang, melebar dan meninggi. Analog dengan pemuaian panjang, persamaan pada pemuaian volume adalah :

V = Vo. γ. Δt dimana berlaku hubungan : γ = 3a

Vt = Vo (1+γ ∆T)

B.Pemuaian zat cair

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut labu didih. Sifat utama zat cair adalah menyesuaikan dengan bentuk wadahnya. Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai volume saja.

C.Pemuaian Gas

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut dilatometer. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat padat dan cair adalah volume zat gas dapat diubah-ubah dengan mudah. Misal, sebuah tabung gas elpiji. Di dalam tabung gas tentu akan mengadakan tekanan pada dinding tabung. Tekanan ini disebabkan oleh gerakan partikel gas. Peristiwa pemuaian pada zat gas mudah diamati daripada pemuaian pada zat padat. Pemuaian pada zat gas ditunjukkan oleh gelembung-gelembung udara yang keluar dari dalam pipa kapiler yang ada pada labu didih. Tiga hal yang perlu diperhatikan pada zat gas adalah volume, tekanan dan suhu.

a. Untuk volume terhadap perubahan suhu pada tekanan tetap

b. Tekanan terhadap perubahan suhu pada volume tetap

 

Balon udara merupakan salah satu contoh penerapan muai gas

6.MASALAH YANG DITIMBULKAN OLEH PEMUAIAN

a. Pemasangan kaca jendela

Tukang kayu merancang ukuran bingkai jendela yang sedikit lebih besar daripada ukuran          sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk memberi ruang kaca saat terjadi pemuaian. Apabila desain jendela tidak diberi ruangan pemuaian, maka saat kaca memuai akan mengakibatkan retaknya kaca tersebut.

b. Celah pemuaian pada sambungan jembatan

Sering kamu jumpai sambungan antara dua jembatan beton terdapat celah di antaranya.     Hal ini bertujuan agar jembatan tersebut tidak melengkung saat terjadi pemuaian.

c.       Sambungan rel kereta api

Sambungan rel kereta api dibuat ada celah diantara dua batang rel tersebut. Hal ini bertujuan agar saat terjadi pemuaian tidak menyebabkan rel melengkung. Rancangan yang sering digunakan sekarang ini sambungan rel kereta api dibuat bertautan dengan ujung rel tersebut dibuat runcing. Penyambungan seperti ini memungkinkan rel memuai tanpa menyebabkan kerusakan.

d.      Kawat telepon atau kawat listrik

Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud, pada malam hari kawat telepon atau listrik mengalami penyusutan sehingga kawat tersebut tidak putus.

7. MANFAAT PEMUAIAN

Beberapa manfaat pemuaian yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
a. Pengelingan

Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan proses khusus disebut mengeling. Bagaimanakah cara pemasangan paku keling? Paku keling yang dipakai untuk mengeling sesuatu dalam keadaan panas sampai berpijar dan dimasukkan ke dalam lubang pelat yang hendak kita keling. Kemudian paku bagian atas dipukul-pukul sampai rata. Setelah dingin paku keling tersebut akan menyusut dan menekan kuat pelat tersebut. Pengelingan dapat kamu jumpai pada pembuatan badan kapal laut.

b. Keping bimetal

    

Dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu disebut keping bimetal. Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar. Perbedaan pemuaian ini dipakai sebagai termostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain: setrika listrik, almari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven.

c. Pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api

Roda pedati dan roda kereta api memiliki ukuran lebih kecil daripada ukuran bingkainya. Untuk dapat memasang roda logam tersebut , maka dengan cara pemanasan. Hal ini mengakibatkan roda logam akan mengalami pemuaian. Kemudian roda logam tersebut dipasang pada bingkainya, setelah dingin roda akan menyusut dan terpasang pada bingkainya dengan kuat.