Perpindahan Kalor Secara Konveksi Alamiah

Perpindahan kalor tidak hanya melalui perantara atau medium (konduktor), tetapi juga melalui aliran dari medium itu sendiri yang dikenal dengan istilah konveksi. Zat cair dan gas umumnya bukan penghantar kalor yang sangat baik (isolator). Meskipun demikian keduanya dapat mentransfer kalor cukup cepat dengan konveksi. Perpindahan kalor secara konveksi merupakan cara perpindahan kalor dengan diikuti oleh mediumnya. Bila pada perpindahan kalor secara konduksi melibatkan molekul (atau elektron) yang hanya bergerak dalam jarak yang kecil dan bertumbukan, konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam jarak yang besar. Ada dua cara perpindahan kalor melalui aliran (konveksi) yakni konveksi secara alamiah dan konveksi secara paksa. Pada kesempatan ini, Materi Mafia Online akan mengulas tentang perpindahan kalor secara konveksi alamiah.

Konveksi Alamiah Pada zat Cair

Seperti yang sudah dibahas pada postingan sebelumnya pada pemuaian volume pada zat cair dijelaskan bahwa bila zat cair dipanaskan atau diberika kalor maka volumenya akan memuai. Massa zat cair tetap sedangkan volumenya bertambah akibatnya massa jenisnya akan mengecil. Karena massa jenisnya berkurang maka air ini menjadi lebih ringan dan naik ke atas. Tempatnya kemudian digantikan oleh air yang lebih dingin dari atas, yang turun karena massa jenisnya lebih besar. Gerakan atau sirkulasi air tersebut dinamakan arus konveksi.

Penerapan konveksi kalor dalam air pada kehidupan sehari-hari yakni pada saat kita memanaskan air dalam ketel. Pada saat kita memanaskan air dengan menggunakan ketel selain terjadi peristiwa konveksi juga terjadi perpindahan kalor secara konduksi. 

Konveksi Alamiah pada Gas (Udara)

Arus konveksi pada udara atau gas terjadi ketika udara panas naik dan udara yang lebih dingin turun. Konveksi udara dapat dilihat pada gambar di bawah. Jika lilin dinyalakan akan terjadi aliran udara panas dalam alat. Dengan menggunakan asap dari obat nyamuk yang dibakar, aliran udara terlihat. Udara panas akan naik dan udara dingin akan turun. 

Penerapan konsep perpindahan kalor secara konveksi alamiah udara pada kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada terjadinya angin laut dan angin darat. Pada siang hari daratan lebih cepat panas dari pada lautan. Akibatnya udara di atas daratan naik, dan kekosongan tersebut akan digantikan oleh udara yang lebih dingin dari atas laut yang bertiup ke darat, maka terjadilah angin laut. Sedangkan, pada malam hari daratan lebih cepat dingin dari pada lautan, karena daratan lebih cepat melepaskan kalor. Akibatnya udara panas di lautan naik dan kekosongan tersebut digantikan oleh udara yang lebih dingin dari atas daratan yang bertiup ke laut, maka terjadilah angin darat.

Besarnya energi (kalor) yang dipindahkan persatuan waktu pada konveksi secara alamiah akan sebanding dengan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida dengan beda suhu ΔT. Secara matematis ditulis:

Q/t = h.A.ΔT

dengan:

Q = jumlah kalor yang dipindahkan (J)

t = waktu terjadi aliran kalor (s)

h = koefisien konveksi (W/m²K)

A = luas permukaan (m²)

ΔT = beda suhu antara benda dan fluida (K)

Untuk memantapkan pemahaman Anda tentang perpindahan kalor secara konveksi alamiah, silahkan simak dan pahami contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal

Suatu panci pemanas air terbuat dari bahan tertentu mempunyai luas permukaan yang bersentuhan dengan air 200 cm². Jika suhu bahan tersebut 90°C dan suhu air 80°C dan menghasilkan jumlah kalor yang dipindahkan secara konveksi per sekonnya sebesar 0,8 J/s maka hitunglah besar nilai koefisien konveksi bahan tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

A = 200 cm² = 0,02 m²

ΔT = 90°C – 80°C = 10K

Q/t = 0,8 J/s = 0,8 W

Ditanyakan: h = ?

Jawab:

Q/t = h.A.ΔT

0,8 J/s = h. 0,02 m². 10K

h = 4 W/m²K

Nah demikian materi tentang perpindahan kalor secara konveksi alamiah, jika ada permasalahan atau kendala dalam memahami materi ini, silahkan tanyakan pada kolom kometar. Kita pasti bisa.

TOLONG DIBAGIKAN YA :