Cara Menghitung Energi Kalor Yang Dipindahkan Secara Konduksi

Pada saat ini dikenal ada tiga jenis perpindahan energi yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Nah pada postingan kali ini akan membahas tentang perpindahan energi secara konduksi.

Konduksi merupakan perpindahan kalor tanpa diikuti oleh mediumnya. Perpindahan energi secara konduksi ini banyak terjadi pada zat padat, sehingga didefinisikan juga konduksi adalah perpindahan kalor pada zat padat. Contoh dalam kehidupan sehari-hari tentang perpindahan energi secara konduksi adalah sendok sayur yang berbahan logam dimana ujung pegangannya dilapisi dengan bahan plastik, seperti gambar di bawah ini.

Gagang sendok sayur dilapisi dengan plastik

 

Jika alat-alat memasak (seperti sendok sayur) tidak dilapisi dengan plastik atau kayu, maka tangan akan terasa panas apalagi sendok tersebut didiamkan di dalam panci atau penggorengan tentu akan terasa cepat panas. Awalnya gagang terasa dingin kemudian lama-kelamaan akan terasa panas. Hal ini disebabkan karena terjadi aliran kalor atau energi dari panasnya kuah atau air menuju gagang sendok sayur. Kenapa sendok sayur yang terbuat dari logam harus dilapisi dengan plastik atau kayu?

 

Alasan kenapa sendok sayur yang terbuat dari metal atau logam dilapisi dengan plastik atau kayu karena plastik atau kayu lebih lambat mengantarkan kalor dibandingkan dengan metal atau logam. Kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan kalor disebut dengan konduktivitas termal bahan. Tiap-tiap bahan memiliki konduktivitas bahan yang berbeda-beda lho. Berikut admin bagikan tabel konduktivitas termal beberapa jenis bahan.

Tabel konduktivitas termal beberapa bahan

Nah dari tabel di atas terlihat bahwa konduktivitas termal untuk aluminum (bahan yang biasa untuk membuat sendok sayur) lebih besar daripada konduktivitas kayu (bahan untuk melapisi gagang sendok sayur). Lalu bagaimana cara menghitung energi kalor yang dipindahkan secara konduksi?

 

Besarnya kalor yang dipindahkan secara konduksi tiap satu satuan waktu sebanding dengan luas penampang mediumnya, perbedaan suhunya dan berbanding terbalik dengan panjang mediumnya serta tergantung pada jenis mediumnya. Besarnya kalor yang dipindahkan secara konduksi tiap satu satuan dapat dirumuskan dengan persamaan:

H = kAΔT/L

atau

Q/Δt = kAΔT/L

 

Di mana ΔT = T₂ – T₁

 

dengan:

Q = kalor yang dihantarkan (J)

Δt = selang waktu yang diperlukan (s)

A = luas penampang lintang benda (m²)

ΔT  = beda suhu antara kedua ujung benda (°C)

T₁ = suhu awal (°C)

T₂ = suhu akhir (°C)

L = jarak antara kedua bagian benda yang berbeda suhunya (m)

k = konduktivitas termal bahan (J/s.m.°C)

 

Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang cara menghitung energi kalor yang dipidahkan secara konduksi, silahkan pahami contoh soal di bawah ini.

 

Contoh Soal 1

Sebuah jendela kaca suatu ruangan panjangnya 2 m lebarnya 1 m dan tebalnya 16 mm. Suhu di permukaan dalam dan permukaan luar kaca masing-masing 23°C dan 33°C. Jika konduksi termal = 0,8 W/mK, maka berapakah jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu tiap sekon?

 

Penyelesaian:

p = 2 m

l = 1 m

L = 16 mm = 1,6 x 10^-2 m

T₁ = 23°C

T₂ = 33°C

k = 0,8 W/mK

 

Ditanya: H = ?

 

Jawab:

Cari terlebih dahulu luas permukaan kaca yakni:

A = p x l

A = (2 m)(1 m)

A = 2 m²

 

Cari perubahan suhunya yakni:

ΔT = T₂ – T₁

ΔT = 33 – 23

ΔT = 10° C

ΔT = 10 K

 

Jumlah kalor yang mengalir dapat dihitung dengan menggunakan rumus yakni:

H = kAΔT/L

H = (0,8)(2)(10)/(1,6 x 10^-2)

H = (16 x 10²)/(1,6)

H = 10x10² W

H = 1 x 10³ W

Jadi, jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu tiap sekon adalah 1 x 10³ W.

 

Contoh Soal 2

Sebatang besi berbentuk silinder dengan luas penampang 10 cm² dan panjang 50 cm. Pada ujung-ujung besi tersebut mempunyai beda suhu 2°C. Jika koefisien konduksi besi 4,6 . 10^-3 KJ/m.s°C, berapakah besar rambatan kalor tiap detik pada besi tersebut?

 

Penyelesaian:

Diketahui:

A = 10 cm² = 10 x 10^-4 m²

t = 50 cm = 0,5 m

ΔT = 2°C

k = 4,6 x 10^-3 KJ/m.s°C

 

Ditanyakan: H = ?

 

Jawab:

H = kAΔT/t

H = (4,6 x 10^-3)(10 x 10^-4)(2)/(0,5)

H = 184 x 10^-7 kJ/s

H = 1,84 x 10^-5 kJ/s

Jadi, besar rambatan kalor tiap detik pada besi tersebut adalah 1,84 x 10^-5 kJ/s.

 

Contoh Soal 3

Pelat dengan tebal 2 cm dan luas penampang 0,5 m², menyekat dua ruangan dengan suhu masing-masing pelat 50°C dan 150°C. Berapa rambatan kalor pada pelat dalam waktu 1 menit jika koefisien konduksi pelat = 1,6 x 10^-3 kJ/m.s.K?

 

Penyelesaian:

Diketahui:

L = 2 cm = 2 x 10^-2 m

A = 0,5 m²

T₁ = 50°C

T₂ = 150°C

t = 1 menit = 60 s

k = 1,6 x 10-3 kJ/m.s.K

 

Ditanyakan: H = ?

 

Jawab:

Perubahan suhu yakni:

ΔT = T₂ – T₁

ΔT = 150° C – 50° C

ΔT = 100° C

ΔT = 100 K

 

Rambatan kalor pada pelat yakni:

H = kAΔT/L

H = (1,6 x 10^-3)(0,5)(100)/(2 x 10^-2)

H = 40 x 10^-1 kJ/s

 

Dalam 1 menit rambatan kalor dapat dihitung yakni:

H = Q/t

Q = H.t

Q = (40 x 10^-1 kJ/s)(60 s)

Q = 2400 x 10^-1 kJ

Q = 240 kJ

Jadi rambatan kalor pada pelat dalam waktu 1 menit adalah sebesar 240 kJ.

 

Demikian artikel tentang cara menghitung energi kalor yang dipindahkan secara konduksi, lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya. Mohon maaf jika ada tulisan atau kata yang salah.

TOLONG DIBAGIKAN YA :