Rumus-rumus Perpindahan Kalor

Sahabat Latis, sebelumnya kita sudah membahas tentang perpindahan kalor dan proses terjadinya. Sekarang, kita masuk ke pembahasan rumus-rumus perpindahan kalor dan contoh soalnya.

Perpindahan kalor terjadi secara konveksi, konduksi, dan radiasi. Dalam proses perpindahan panas tersebut, kita bisa menghitung seberapa banyak kalor yang berpindah dari sumber panas dan ke perantaranya.

Lalu, bagaimana caranya? Yuk kita scroll ulasan berikut ini sampai selesai.

Rumus Persamaan Perpindahan Panas

Jika suatu benda A dipanaskan, lalu panas tersebut membuat benda di sekitarnya mendapatkan energi panas, maka berlaku rumus persamaan:

Q = m × c × ΔT

Keterangan:

Q: kalor yang dipindahkan per satuan luas;
M: laju aliran massa;
C: kalor jenis benda (koefisien perpindahan kalor);
ΔT: perbedaan suhu.

Rumus di atas dapat kita praktikkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya perpindahan panas dari sumber panas ke media perantaranya seperti tangan terasa panas ketika menyentuh permukaan yang panas.

Kalor merupakan jumlah Joule dalam satu detik (J/s) yang melewati proses konveksi, konduksi, dan radiasi. Satuan internasional untuk kalor sendiri adalah Joule (J). Sementara itu, terdapat persamaan standar dalam menghitung konduktans termal (G) yaitu G = V A T. “T” di sini menunjukkan temperatur (suhu).

Rumus Perpindahan Panas secara Konveksi

Benda yang saling bersentuhan akan bertukar energi potensial dan kinestetik melalui proses konveksi.

Ketika benda panas bersentuhan dengan benda dingin, selang beberapa waktu, suhu benda panas sama dengan benda dingin. Ini karena terjadinya konveksi atau perpindahan panas dari benda panas ke benda dingin.

Untuk menghitung perpindahan panas secara konveksi, mari kita gunakan salah satu dari rumus-rumus perpindahan kalor pada gambar berikut.

Source: amyarie

Pada rumus tersebut, kita temukan bahwa:

Q: laju perpindahan panas;
HC: Koefisien Perpindahan Panas;
T(Hot): Suhu panas;
T(Cold): Suhu Dingin;
A: Luas permukaan.

Rumus Perpindahan Panas secara Konduksi

Dalam jenis perpindahan kalor ini, benda-benda yang bersentuhan antar satu sama lain akan bertukar energi potensial dan kinetik melalui proses konduksi.

Ketika benda panas berdekatan dengan benda dingin, selang beberapa waktu kemudian, suhu benda panas tersebut menjadi sama dengan benda dingin. Ini karena terjadinya konduksi atau perpindahan panas dari benda panas ke benda dingin.

Cairan dan gas merupakan konduktor termal yang baik, namun cenderung memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah daripada benda padat. Ini karena cairan atau gas memiliki gerakan bebas yang sangat panjang.

Untuk menghitung perpindahan panas secara konduksi, mari kita gunakan salah satu dari rumus-rumus perpindahan kalor pada gambar berikut.

Source: amyarie

Pada rumus tersebut, kita temukan bahwa:

Q: laju perpindahan panas;
k: konduktivitas termal bahan;
A: bidang kontak;
T(Hot): suhu di satu titik pada benda panas;
T(Cold): suhu di satu titik pada benda dingin;
t: waktu yang dibutuhkan untuk terjadinya konduksi;
d: Ketebalan bahan;
A: Luas permukaan.

Aplikasi praktis dari konsep di atas terlihat ketika kita meletakkan es di atas wajan yang panas sehingga es tersebut mencair.

Rumus Perpindahan Panas secara Radiasi

Radiasi termal merupakan proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik dari satu benda ke benda yang berada di dekatnya. Hal tersebut terjadi apabila benda panas memancarkan radiasi termal lalu diserap oleh benda lain. Sehingga, benda itu juga ikut terasa panas.

Perpindahan panas secara radiasi terjadi tanpa perantara hingga menuju ke segala arah.

Untuk menghitung perpindahan panas secara radiasi, mari kita gunakan salah satu dari rumus-rumus perpindahan kalor pada gambar berikut.

Source: amyarie

Pada rumus tersebut, kita temukan bahwa:

Q: Kalor yang dipindahkan;
σ: Konstanta Stefan Boltzmann;
T(Hot): Suhu panas;
T(Cold): Suhu Dingin;
A: Luas permukaan.

Contoh Soal dan Penerapan Rumus-rumus Perpindahan Kalor

Dari ulasan di atas, kita sudah membahas tentang rumus-rumus perpindahan kalor. Untuk lebih memahami rumus tersebut, mari kita perhatikan contoh soal berikut ini.

Soal 1

Suatu sistem dengan berat 4.5 Kg dipanaskan dari suhu awalnya 32°C sampai suhu akhirnya 65°C. Hitunglah kalor total yang diperoleh sistem tersebut! Perhatikan bahwa kalor jenis sistem adalah 0.45 kJ per Kg K.

Jawab :

Suhu awal sistem (Ti)= 32°C,

Suhu akhir sistem (Tf)= 65°C,

Massa sistem (m)= 4.5 kg,

Panas total yang diperoleh oleh sistem dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan perpindahan panas yaitu Q = m × c × ΔT.

Q= m × c × ΔT

Q= m × c × (Tf – Ti)

Jadi,

Q= 4.5 × 0.45 (65 – 32)

Q= 4.5 × 0.45 × 33

Maka, nilai Q = 66.8 Joule.

Soal 2

Sebuah balok es setebal 10 cm dengan suhu 0°C terletak di permukaan atas lempengan batu seluas 2400 cm2. Pelat dipaparkan dengan uap pada permukaan bawah pada suhu 100°C. Hitunglah hantaran kalor batu jika 4000 gram es dicairkan selama satu jam di mana jumlah kalor laten peleburan es adalah 80 kal/gm.

Jawab:

Luas pelat (A)= 2400 cm2

Ketebalan es (d)= 10 cm

Beda suhu (Th – Tc)= 100°C – 0°C = 100°C

Waktu perpindahan kalor (t)= 1 jam (3600 detik)

Jumlah perpindahan panas, Q = m L = 4000 × 80 = 320000 kal

Laju perpindahan panas, q = Q ⁄ t = 320000 kal ⁄ 3600 s = 89 kal ⁄ s

Rumus untuk laju perpindahan panas diberikan sebagai: Q = K A (Th – Tc) d

Susun ulang rumus di atas menjadi K, maka K = q d ⁄ A (Th – Tc).

K = q d ⁄ A (Th – Tc)

K = (89 × 10) ⁄ (2400 × 100) kal ⁄ cm s °C

K = 3.7 × 10^(-3) kal ⁄ cm s °C

Jadi, konduktivitas termal batu adalah 3.7 × 1 〖10〗^(-3) kal ⁄ cm s °C.

Hal yang perlu diingat:

Kalor akan selalu mengalir dari benda panas ke benda yang lebih dingin.
Laju perpindahan panas secara konduksi sebanding dengan perbedaan suhu dan luas kontak antara dua benda.
Tingkat perpindahan panas secara konveksi sebanding dengan perbedaan suhu antara benda yang lebih dingin dan sekitarnya serta area kontak di antara keduanya.
Tingkat perpindahan panas oleh radiasi sebanding dengan luas kontak, perbedaan suhu, dab Stefan Boltzmann Constant.
Energi tidak pernah diciptakan atau dimusnahkan, namun dapat berubah bentuk.

Rumus-rumus Perpindahan Kalor