citra wahyuni 3215102338 modul perpindahan kalor
TRANSCRIPT
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
1/52
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
2/52
2
PERPINDAHAN KALOR
OLEH:
CITRA WAHYUNI
3215102338
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
3/52
3
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas karunia dan hidayah-Nya,
penulis dapat menyusun bahan ajar modul SMA jurusan IPA dengan materi Perpindahan
Klaor. Modul yang disusun ini menggunakan KTSP (Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan)
dengan menganalisis Kompetensi Dasar (KD) yang harus dicapai.
Modul perpindahan kalor ini dapat terselesaikan, tentu dengan banyaknya dukungan
dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis menyampaikan
rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak, terutama dosen penulis yakni
Ibu Desnita, M.Si atas saran dan motivasi yang diberikan dalam meyelesaikan bahan ajar ini.
Kami mengharapkan saran dan kritik dari berbagai pihak guna menyempurnakan atau
memperbaiki modul perpindahan kalor ini. Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi
semua siswa SMA jurusan IPA dalam memahami konsep perpindahan kalor.
Jakarta, Desember 2012
Penulis
Citra Wahyuni
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
4/52
4
Kerangka Modul
Halaman Sampul
Halaman Francis
Kata Pengantar
Daftar Isi
Peta Kedudukan Modul
Glosarium
I. PENDAHULUAN
A. Deskripsi
B. Prasyarat
C. Petunjuk Penggunaan Modul
1. Penjelasan Bagi Peserta didik
2. Peran Guru
D. Tujuan Akhir
E. Standar Kompetensi
F. Cek Kemampuan Awal
II. PEMBELAJARAN
PERPINDAHAN KALOR
1. Konduksi1.1Pengertian Konduksi1.2Proses perpindahan kalor konduksi1.3Perbedaan Konduktor dan Isolator1.4
Besaran-besaran fisis
1.5Hubungan laju kalor konduksi dengan besaran-besaran fisisnya1.6Pengaruh suhu pada sambungan dua batang logam yang berbeda jenis1.7Contoh Perpindahan kalor konduksi dalam kehidupan sehari-hari
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
5/52
5
2. Konveksi2.1Pengertian Konveksi2.2Jenis-jenis Konveksi
2.2.1 Konveksi alami2.2.2 Konveksi buatan
2.3Besaran-besaran fisis2.4Hubungan laju kalor konveksi dengan besaran-besaran fisisnya2.5Konveksi dalam keseharian
3. Radiasi3.1Pengertian Radiasi3.2Penyerap kalor radiasi yang baik dan buruk3.3Besaran-besaran fisis3.4Hubungan laju kalor radiasi dengan besaran-besaran fisinya3.5Contoh dan Pemanfaatan Radiasi
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
6/52
6
DAFTAR ISI
Halaman Sampul ............................................................................................................................1
Halaman Francis ........................................... ..............................................2
Kata Pengantar ..............................................................................................................................3
Kerangka Modul.............................................................................................................................4
Daftar Isi ........................................................................................................................................6
Peta Konsep...................................................................................................................................8
Glosarium.......................................................................................................................................9
I. PENDAHULUAN .........................................................................................................................10
1.1 Deskripsi ..............................................................................................................................10
1.2 Prasarat ...............................................................................................................................11
1.3 Petunjuk Penggunaan Modul ..............................................................................................11
1.4 Tujuan Akhir ........................................................................................................................12
1.5 Kompetensi .........................................................................................................................13
1.6 Cek Kemampuan .................................................................................................................13
II. PEMBELAJARAN .......................................................................................................................14
2.1 Kegiatan Belajar 1 ...............................................................................................................14
2.1.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran ...................................................................................14
2.1.2 Uraian Materi ..............................................................................................................14
2.1.3 Rangkuman ..................................................................................................................15
2.1.4 Tugas 1 .........................................................................................................................16
2.1.5 Tes Formatif 1 ..............................................................................................................16
2.2 Kegiatan Belajar 2 ...............................................................................................................17
2.2.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran ....................................................................................17
2.2.2 Uraian Materi ..............................................................................................................17
2.2.3 Rangkuman ..................................................................................................................25
2.2.4 Tugas 2 .........................................................................................................................25
2.2.5 Tes Formatif 2 ..............................................................................................................26
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
7/52
7
2.3 Kegiatan Belajar 3 ...............................................................................................................27
2.3.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran ....................................................................................27
2.3.2 Uraian Materi ..............................................................................................................27
2.3.3 Rangkuman ..................................................................................................................35
2.3.4 Tugas 3.........................................................................................................................35
2.3.5 Tes Formatif 3 ..............................................................................................................35
2.4 Kegiatan Belajar 4 ...............................................................................................................37
2.4.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran ....................................................................................37
2.4.2 Uraian Materi ..............................................................................................................37
2.4.3 Rangkuman ..................................................................................................................43
2.4.4 Tugas 2 .........................................................................................................................43
2.4.5 Tes Formatif 2 ..............................................................................................................43
III. EVALUASI ................................................................................................................................45
3.1 Tes Tertulis ..........................................................................................................................45
IV. PENUTUP ................................................................................................................................47
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................48
KUNCI JAWABAN ..........................................................................................................................49
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
8/52
8
Peta konsep modul
Suhu dan Kalor
Suhu Pemuaian Perubahan WujudKalor Perpindahan
Kalor
Konduksi Konveksi Radiasi
Proses Besaran-
besaran
fisis
Contoh/
Aplikasi
Konvek
si
alami
Konvek
si
paksa
Besaran-
besaran
fisis
Besaran-
besaran
fisi
Penyerap
kalor
radiasi
Co
/A
Contoh/
Aplikasi
Contoh/
Aplikasi
Rumusan
matematis
Rumusan
matematis Rumusan
matematis
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
9/52
9
GLOSARIUM
ISTILAH KETERANGAN
Konduktivitas
termal (k)
merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor
Koefisien konveksi
termal (h)
merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor yang
nialinya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan,
yaitu tegak, miring, menghadap ke bawah atau menghadap ke
atas.
Emisivitas (e) kuantitas yang menyatakan kemampuan benda untuk
memancarkan energy
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
10/52
10
BAB I
PENDAHULUAN
1.1DeskripsiSetelah sekilas memahami adanya sejumlah kalor dapat menyebabkan
perubahan wujud atau kenaikan suhu pada suatu benda, serta telah dipelajarinya
proses pemuaian sebagai dampak adanya penyerapan kalor pada benda, yang
tentunya menuntut pemahaman tentang adanya konsep konversi dari berbagai
satuan dari besaran perubahan suhu, maka yang tak kalah pentingnya dari semua itu
bahwa kalor sebagai suatu bentuk energi ternyata dapat mengalami perubahan
tempat, atau dikatakan bahwa kalor dapat berpindah tempat.
Tanpa usaha luar, maka kalor sebagai suatu bentuk energi dapat berpindah
tempat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dengan
berbagai cara, yaitu : Konduksi, Konveksi, dan Radiasi.
Saat kamu mendekatkan sendok ke pembakar spiritus, maka kamu akan
merasakan panas menjalar ke ujung bagian sendok yang kamu pegang. Itu
merupakan salah satu contoh proses perpindahan kalor. Perpindahan kalor seperti
ini tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikel perantaranya. Perpindahan
kalor seperti ini disebut perpindahan kalor konduksi.
Selain itu, pernahkah kamu mengamati proses ketika memasak air? Saat
kamu memasak air, bagian air yang panas hanya yang terkena nyala kompor saja,
lalu mengapa pada akhirnnya keseluruhan air mendidih? Hal ini terjadi karena saat
panci bagian bawah terkena nyala api, volume air yang dekat dengan nyala api akan
memuai dan menyebabkan masaa jenis nya berkurang, sehingga lebih ringan dari
sebelumnya. Posisi air bagian bawah, akan digantikan dengan air yang berada pada
bagian atas karena massa jenisnya lebih besar. Proses ini akan berlangsung terus-
menerus sampai suhu air secara keseluruhan sama. Perpindahan kalor ini disertai
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
11/52
11
perpindahan partikel-partikel perantaranya. Perpindahan kalor ini disebut
perpindahan kalor konveksi.
Selanjutnya, perpindahan kalor dapat terjadi secara pancaran/ radiasi.
Perpindahan kalor seperti ini dapat kamu amati saat berkemah menggunakan api
unggun. Panas dari api unggun tersebut dapat kamu rasakan saat kamu duduk
dihadapanya.
Dalam bab ini kamu dapat memperdalam perpindahan kalor konuksi, konveksi, dan
radiasi.
1.2PrasyaratSebelum mempelajari tentang perpindahan kalor, anda harus menguasai materi
kalor terlebih dahulu.
1.3Petunjuk penggunaan modul
1. Pelajarilah peta konsep yang ada pada modul dengan teliti.2. Pastikan bila anda membuka modul ini, anda siap mempelajarinya minimal satu
kegiatan hingga tuntas. Jangan terputus putus atau berhenti di tengah-tengah
kegiatan.
3. Pahami tujuan pembelajaran yang ada pada setiap modul atau kegiatan belajardalam modul anda.
4. Bacalah materi pada modul dengan cermat dan berikan tanda pada setiap katakunci pada setiap konsep yang dijelaskan.
5. Perhatikan langkah-langkah dalam setiap contoh penyelesaian soal.6. Kerjakan latihan soal yang ada, jika mengalami kesulitan bertanyalah kepada
teman atau guru anda.
7. Kerjakan tes uji kompetensi pada setiap akhir kegiatan belahar sesuaikemampuan anda, cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban yang tersedia
di modul, dan jika perlu lakukan perhitungan skor hasil belajar anda.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
12/52
12
8. Apabila anda belum menguasai 65% materi tiap kegiatan, maka pelajarilah lagikegiatan tersebut.
9. Ulangi kegiatan 2 sampai dengan 6 pada setiap kegiatan belajar hingga selesai.10.Kerjakan soal-soal evaluasi terakhir.
1.4Tujuan Akhir
Setelah mempelajari modul ini diharapkan Anda dapat :
1. Menyebutkan prinsip dasar peprindahan kalor2. Menyebutkan 3 cara perpindahan kalor3. Menyebutkan proses perpindahan kalor konduksi4. Membedakan konduktor dan isolator5. Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konduksi6. Memformulasikan hubungan laju kalor konduksi dengan besaran fisis yang
mempengaruhinya
7. Menyebutkan 1 contoh aplikasi alat yang menggunakan prinsip perpindahankalor konduksi
8.
Membedakan konveksi alami dengan konveksi buatan9. Menyebutkan satu contoh perpindahan kalor konveksi alami dalam kehidupan
sehari-hari
10.Menyebutkan dua contoh alat yang menggunakan prinsip perpindahan kalorkonveksi paksa
11.Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konveksi12.Memformulasikan hubungan laju kalor konveksi dengan besaran-besaran fisis
yang mempengaruhinya13.Membedakan benda yang baik dan buruk dalam menyerap dan memancarkan
kalor radiasi
14.Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor radiasi
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
13/52
13
15.Memformulasikan hubungan laju kalor radiasi dengan besaran fisis yangmempengaruhinya
16.Menyebutkan 2 contoh pemanfaatan kalor radiasi dalam kehidupan sehari-hari1.5KompetensiStandar Kompetensi
4. Menerapkan konsep kalor dan prinsip konservasi energi pada berbagai perubahan
energi
Kompetensi dasar
4.1 Menganalisis cara perpindahan kalor
1.6Cek KemampuanKerjakanlah soal-soal berikut ini, jika Anda dapat mengerjakan sebagian atau
semua soal berikut ini, maka Anda dapat meminta langsung kepada guru Anda
untuk mengerjakan soal-soal evaluasi untuk materi yang telah Anda kuasai pada
bab ini.
1. Apa yang dimaksud dengan perpindahan kalor konduksi?2. Sebatang alumunium yang panjangnya 0,400 m dan diameternya 6,00 x 10-3m
digunakan untuk mengaduk larutan gula air yang berusaha 108oC. Jika ujung kain
batang berada pada suhu ruang 28oC, berapa kalor yang mengalir sepanjang
batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal alumunium 200 W/(Mk)
3. Apa perbedaan antara konveksi alami dan konveksi paksa?4. Apa perbedaan antara benda hitam dan putih dalam menyerap dan
memancarkan kalor radiasi?
5. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2dan suhunya 27 C. Jika suhusekelilingnya 77 C, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
14/52
14
BAB II
PEMBELAJARAN
2.1 Kegiatan Belajar I
Perpindahan Kalor
2.1.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran
1. Menyebutkan prinsip dasar peprindahan kalor2. Menyebutkan 3 cara perpindahan kalor
2.1.2 Uraian Materi
Pernahkah kamu menaruh
sebongkah es di telapak tanganmu
? Apa yang terjadi selama
beberapa menit? Bukankah telapak
tanganmu akan terasa dingin dan
bongkahan es akan mencair?
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
15/52
15
Gambar 1. Bongkahan es yang diletakkan
ditangan.
Sumber: www.google.co.id/gambar+es
Mengapa fenomena tersebut dapat terjadi ? Hal ini dikarenakan suhu telapak
tanganmu lebih tinggi dibandingkan suhu bongkahan es, sehingga kalor berpindah dari
telapak tanganmu ke bongkahan es tersebut. Proses ini berlangsung sampai telapak
tanganmu dan es mencair ( suhu keduanya sama atau seimbang). Jadi, dapat
disimpulkan bahwa kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang
suhunya rendah.
Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu:
1. Konduksi2. Konveksi3. RadiasiDalam modul ini kita akan mempelajari perpindahan kalor konduksi, konveksi
dan radiasi secara rinci dan terpisah, walaupun dalam kejadian sehari-hari,
perpindahan kalor ini dapat terjadi secara bersamaan dalam satu kondisi.
2.1.3 Rangkuman
- Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang
suhunya rendah.
- Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu:
1. Konduksi
2. Konveksi
3. Radiasi
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
16/52
16
2.1.4 Tugas 1
1. Apa yang kamu ketahui tentang perpindahan kalor?
2. Sebutkan satu fenomena yang menggambarkan perpindahan kalor konduksi,
konveksi, dan radiasi secara bersamaan!
3. Mengapa es yang kamu pegang mencair dan tanganmu terasa dingin?
2.1.5. Tes Formatif 1
1. Apa prinsip terjadinya perpindahan kalor?
2. Sebutkan 3 cara perpindahan kalor!
3. Apa proses terakhir dari perpindahan kalor?
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
17/52
17
2.2Kegiatan Belajar 2Konduksi
2.2.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran
1. Menyebutkan proses perpindahan kalor konduksi2. Membedakan konduktor dan isolator3. Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konduksi4. Memformulasikan hubungan laju kalor konduksi dengan besaran fisis yang
mempengaruhinya
5. Menyebutkan 1 contoh aplikasi alat yang menggunakan prinsip perpindahankalor
2.2.2Uraian materiA. Pengertian Konduksi
Saat kamu memasak, apa yang kamu rasakan saat memegang bagian ujung
spatula? Bukankah kamu merasakan panas ? Padahal ujung spatula yang kamu pegang
tidak bersentuhan langsung dengan minyak yang mendidih, melainkan ujung spatula
yang lain.
Gambar 2. Peristiwa konduksi saat memasak dengan menggunakan spatula.
Sumber: www.google.co.id/gambar
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
18/52
18
Mengapa hal ini bisa terjadi? Hal ini karena kalor yang berada pada ujung
spatula yang dekat dengan minyak mendidih berpindah ke ujung spatula yang kamu
pegang. Perpindahan kalor seperti ini disebut perpindahan kalor konduksi.
Dari contoh peristiwa di atas, dapat disimpulkan bahwa konduksi adalah
hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Pada
perpindahan kalor konduksi yang berpindah hanyalah energi kalor , tanpa melibatkan
partikel perantaranya.
Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses berikut:
1. Jika suatu benda mendapat energi panas maka energi panas tersebut digunakanuntuk menggetarkan partikel-partikel benda tersebut. Pemanasan pada satu ujung
benda menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan
suhunya naik. Partikel-partikel yang bergetar mempunyai energi kinetik lebih besar
ini, memberikan sebagian energi kinetiknya kepada partikel tetangganya melalui
tumbukan sehingga partikel tetangga bergetar dengan energi kinetik lebih besar
pula. Setelah itu partikel tetangga ini memindahkan energi ke partikel tetangga
berikutnya. Begitu seterusnya sampai proses pemindahan energi ke bagian ujung
benda yang suhunya rendah. Proses perpindahan kalor seperti ini berlangsung
lambat karena untuk memindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang
tinggi di antara kedua ujung.
2.Pada logam, perpindahan kalor
terjadi melalalui gerakan-
gerakan elektron bebas yang
terdapat dalam struktur atom
logam.
Gambar 3. Pemanasan pada salah satuujung logam.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
19/52
19
Sumber: www.google.co.id/gambar
Elektron bebas ialah elektron yang dengan mudah dapat berpindah dari satu atom
ke atom yang lain. Di ujung logam yang terkena panas, energi kalor pada elektron
bertambah besar. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan
energi kalor ini dengan cepat dapat diberikan ke elektron-elektron lain letaknya
lebih jauh melalui tumbukan. Dengan proses ini kalor pada logam dapat berpindah
dengan cepat. Oleh karena itu, logam tergolong konduktor yang sangat baik.
Dari penjelasan proses konduksi di atas, kita dapat mengetahui bahwa logam adalah
konduktor yang sangat baik. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dibagiatas dua golongan besar, yaitu konduktordan isolator.
B. Konduktor dan Isolatora. Konduktor
Apa yang dimaksud dengan konduktor? Konduktor ialah zat atau bahan yang
mudah menghantarkan kalor. Konduktor dapat mudah menghantarkan kalor
karena gerakan-gerakan elektron bebas pada atomnya dapat dengan mudah
menghantarkan energi kalor ke elektron atom yang letaknya jauh.
Contoh zat yang tergolong konduktor: logam, seperti alumunium, baja, dan
tembaga.
b. IsolatorApa yang dimaksud dengan isolator? Isolator ialah zat atau bahan yang sukar
menghantarkan kalor.
Contoh zat yang tergolong isolator: kayu, plastik, busa, wol, kain, dan lain-lain.
Apakah air termasuk Konduktor atau Isolator?
Zat bukan logam umumnya bukan penghantar kalor yang baik (termasuk
isolator). Untuk mencari tahu apakah air adalah isolator atau bukan dan contoh
penerapan air sebagai isolator, lakukanlah kegiatan berikut ini:
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
20/52
20
Apakah Udara termasuk Konduktor atau Isolator?
Udara termasuk penghantar kalor yang buruk(isolator). Udara sebagai penghantar
kalor yang buruk telah sering kita manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Apa
contohnya? Saat musim hujan atau di ruangan yang ber-AC kalian biasa
menggunakan selimut bukan? Udara yang terperangkap di anatara tubuh kalian
dan selimut berfunsi sebagai isolatorkalor, yang akan menghambat perpindahan
kalor dari tubuh Anda ke udara dingin di luar selimut. Sebagai akibatnya tubuh
kalian tetap hangat.
C. Besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konduksiPada bagian ini, kita akan mencermati besaran-besaran fisis pada
perpindahan kalor konduksi melalui sebuah gambar.
Gambar 4. Laju kalor
yang melalui sebuah
benda
Sumber: BSE Belajar
Praktis
Kalor konduksi akan mengalir melalui suatu medium / benda. Perlu
diketahui bahwa setiap benda (khususnya benda padat) yang dilewati kalor pasti
mempunyai bentuk dan ukuran yang berbeda. Ada benda padat yang panjang,
ada juga benda padat yang pendek. Ada yang gemuk (luas penampangnya
besar), ada juga yang kurus (luas penampangnya kecil).
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
21/52
21
Ketika mengalir, kalor juga membutuhkan selang waktu tertentu. Aliran
kalor ini bermula dari sisi benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi (T1) ke sisi
(yang memiliki suhu yang lebih rendah (T2). Karena adanya perbedaan suhu (T1 -
T2), kalor mengalir dari sisi benda yang bersuhu tinggi menuju sisi benda yang
bersuhu rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki
luas penampang (A) dan panjang ().
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh ilmuwan, jumlah kalor
yang mengalir selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan
perbedaan suhu (T1 T2), luas penampang (A), sifat suatu benda (k =
konduktivitas termal) dan berbanding terbalik dengan panjang benda. Secara
matematis bisa ditulis sebagai berikut :
=
(1.1)
Keterangan :
Q = Kalor (kilokalori (k) atau Joule (J) )
t = Waktu (s)
Q/t = Laju aliran kalor ( kilokalori per sekon (kkal/s) atau Joule/sekon
(J/s). 1 J/s = 1 watt )
A = Luas penampang benda (m2)
T1T2 = Perbedaan suhu (K atauoC)
T1 = Temperatur tinggi (K atauoC)
T2 = Temperatur rendah (K atauoC)
= Jarak perpindahan panas / ketebalan benda(m)
Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan, laju kalor konduksi yang melalui
sebuah dinding bergantung pada empat besaran:
1. Beda suhudi antara kedua permukaan ; makin besarbeda suhu, makin cepat perpindahan kalor.
2. Ketebalan benda ; makin tebal dinding, makin lambat perpindahan
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
22/52
22
kalor.
3. Luas permukaan benda4. Konduktivitas termal zat (), merupakan ukuran kemampuan zat
menghantarkan kalor; makin besar nilai , makin cepat perpindahan
kalor.
5. Selang waktuTabel 1. konduktivitas termal zat (W/mK)
D. Suhu pada sambungan dua batang logam yang berbeda jenis
Misalkan dua batang logam berbeda jenis dengan luas penampang sama,
yang salah satu ujungnya dihubungkan. Suhu ujung bebas batang pertama T1,
sedang suhu ujung bebas batang kedua T2di mana T1> T2, seperti ditunjukkan
Zat
Zat
Logam: Bahan Isolator:
Alumunium 205 Gabus 0,04
Perunggu 109 Serat kaca (fiberglass) 0,04
Tembaga 385 Bulu halus 0,02
Besi dan baja 50 Kapuk 0,03
Perak 406
Zat padat lain: Gas:
Lemak tubuh 0,17 Hidrogen 0,13
Batu bata 0,6 Udara 0,024
Beton 0,8
Kaca 0,8
Es 1,6
Air 0,60
Kayu (pinus) 0,13
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
23/52
23
pada gambar berikut. Bagaimana caranya menghitung suhu pada titik
sambungan kedua logam?
T1 T2
L1 L2
Gambar 5. Aliran kalor pada sambungan dua batang logam
Secara matematis, Prinsip sambungan dua batang logam adalah:
(1.2)
(1.3)
Keterangan :
Q1 = Kalor pada batang logam 1 (kilokalori (k) atau Joule (J) )
Q2 = Kalor pada batang logam 1 (kilokalori (k) atau Joule (J) )
t = Waktu (s)
Q/t = Laju aliran kalor ( kilokalori per sekon (kkal/s) atau Joule/sekon
(J/s). 1 J/s = 1 watt )
A = Luas permukaan benda (m2)
T1 = Suhu/Temperatur pada batang logam 1 (K atauoC)
T2 = Suhu/Temperatur pada batang logam 1 (K atau oC)
L1 = Panjang batang logam 1 (m)
L2 = Panjang batang logam 2 (m)
k1 K2Arah aliran kalor
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
24/52
24
E. Aplikasi Pepindahan Kalor Konduksi
Setrika Listrik
Prinsip kerja setrika listrik adalah mengubah energi listik menjadi energi
panas. Bila seterika dihubungkan ke sumber tegangan listrik dan
dihidupkan (ON), maka arus listrik mengalir melalui elemen pemanas,
yaitu alas besi tebal. Dengan adanya arus listrik yang mengalir ini, alas
besi tebal akan membangkitkan panas. Panas ini kemudian disalurkan
secara konduksi pada permukaan dasar setrika.
Gambar 6. Proses penghantaran konduksi pada setrika
Sumber: BSE Fisika Kelas X
Contoh soal:
1. Besi panjangnya 4 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 2meter,keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi
adalah 600C dan suhu pada ujung kuningan 300C. Bila koefisien konduksi
termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik
sambungan antara besi dan kuningan!
Jawab:
Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka
*(k . A . T)/L+ besi = *(k . A . T)/L+ kuningan
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
25/52
25
(k . A (600 - T)) / 4 = (3 k A (T - 300))/ 2
T= 2600/7= 480C
2.2.3 Rangkuman
2.2.4 Tugas 21. Sebutkan dua proses yang dapat menyebabkan perpindahan kalor secara
konduksi!
2. Besaran-besaran fisis apa saja yang mempengaruhi laju kalor konduksi?3. Carilah 1 alat yang menggunakan prinsip perpindahan kalor konduksi, selain
yang terdapat dalam modul ini.
1. Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan
perpindahan partikel perantaranya.
2. Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses
berikut:
1. Getaran partikel
2. Gerakan elektron bebas
3. Konduktor ialah zat atau bahan yang mudah menghantarkan kalor.
Contoh zat yang tergolong konduktor: logam, seperti alumunium,
baja, dan tembaga.
4. Isolator ialah zat atau bahan yang sukar menghantarkan kalor.
Contoh zat yang tergolong isolator: kayu, plastik, busa, wol, kain,
dan lain-lain.
- Secara matematis laju kalor konduksi bisa ditulis sebagai berikut :
=
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
26/52
26
2.2.5 Tes Formatif 21. Apa yang dimaksud dengan konduksi2. Apa perbedaan konduktor dan isolator?3. Sebutkan contoh benda konduktor dan isolator!4. Sebatang alumunium yang panjangnya 0,400 m dan diameternya 6,00 x 10 -3
m digunakan untuk mengaduk larutan gula air yang berusaha 108oC. Jika
ujung kain batang berada pada suhu ruang 28oC, berapa kalor yang mengalir
sepanjang batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal alumunium 200
W/(Mk)
5. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter,keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi
adalah 500C dan suhu pada ujung kuningan 350C. Bila koefisien konduksi termal
kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara
besi dan kuningan!
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
27/52
27
2.3 Kegiatan Belajar 3Konveksi
2.3.1 Tujuan Kegiatan Pembelajaran1. Membedakan konveksi alami dengan konveksi buatan2. Menyebutkan 3 contoh peristiwa konveksi dalam keseharian3. Menyebutkan dua contoh perpindahan kalor konveksi alami dalam kehidupan
sehari-hari
4. Menyebutkan dua contoh alat yang menggunakan prinsip perpindahan kalorkonveksi paksa
5. Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konveksi6. Memformulasikan hubungan laju kalor konveksi dengan besaran-besaran fisis
yang mempengaruhinya
2.3.2 Uraian Materi
A. Pengertian Konveksi
Cobalah dekatkan tangan kalian
di atas bara api sejauh kira-kira
10 cm. Apa yang kalian rasakan?
Tentunya tangan kalian akan
merasa panas, bukan?
Bagaimana hal ini dapat terjadi?
Gambar 7. Telapak tangan yang di
dekatkan ke bara api.
Sumber: www.google.co.id/gambar
Ketika udara yang dekat nyala bara api dipanasi, udara itu memuai dan
massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara hangat yang massa jenisnya lebih kecil
http://www.google.co.id/gambarhttp://www.google.co.id/gambar -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
28/52
28
akan naik, dan tempatnya digantikan oleh udara dingin yang massa jenisnya
lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida
oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi.
Sesuai contoh di atas dapat disimpulkan bahwa konveksi adalah hantaran
kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Umumnya
konveksi terjadi pada gas dan zat cair. Contoh dari peristiwa konveksi adalah
seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar,
cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin.
B. Jenis-jenis Konveksi
Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiahdan konveksipaksa.
1. Konveksi alamiahKonveksi alamiah merupakan pergerakan fluida yang terjadi akibat
perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor/dipanasi memuai
dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga bergerak ke atas. Kemudian
tempatnya akan digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah
karena massa jenisnya lebih besar.
Contoh peristiwa konveksi alamiah:
Memasak air:
V2
V1
Gambar 8. Proses
konveksi pada saat
memasak air
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
29/52
29
Saat memasak air, ketika panci dipanaskan, volume molekul air bagian bawah
yang terkena panas akan mengembang (V1>V2) dan mengakibat massa
jenisnya mengecil ( ). Hal tersebut mengakibatkan molekul air bagian
bawah menjadi lebih ringan dan bergerak naik ke atas, sedangkan molekul air
yang berada di bagian atas (massa jenisnya lebih besar) akan bergerak turun
ke bawah menggantikan posisi molekul air sebelumnya.
2. Konveksi paksaKonveksi paksa adalah suatu proses pergerakan fluida yang langsung
diarahkan tujuannya oleh sebuah pompa atau blower.
Contoh peristiwa konveksi paksa:
1. Pertukaran udara pada Lemari esUdara dingin pada kompartemen pendingin bergerak ke bawah dan
tempatnya digantikan oleh udara hangat yang naik dari bagian bawah dan
didinginkan oleh pipa-pipa pendingin. Pergerakan udara ini dapat terjadi
dengan adanya kompresor sebagai tenaga penggerak. Pergerakan udara ini
menghasilkan suatu aliran konveksi udara yang akan mendinginkan semua
makanan yang disimpan di lemari es.
Gambar 8. Sistem konveksi udara pada lemari es
Sumber:www.google.co.id/gambar
http://www.google.co.id/gambarhttp://www.google.co.id/gambar -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
30/52
30
2. Radiator mobil
Gambar 9. Radiator mobil
Sumber:http://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks
dan-radiasi.html
Pada sistem pendingin mesin mobil (radiator), air di paksa mengalir melalui
pipa-pipa dengan batuan pompa air (water pump). Panas mesin yang tidak di
kehendaki dibawa oleh sirkulasi air tersebut menuju radiator. Di dalam
radiator, air di dinginkan dengan bantuan udara. Air yang telah mendingin ini
kemudian di pompa untuk mengulang kembali proses transfer panas
dari mesin mobil ke radiator. Jadi, dalam hal ini terjadi konveksi paksa. Ingat
bahwa proses konveksi melibatkanfluida(dalam kasus ini di wakili oleh air)
sebagaipenghantar panas.
Air yang di gunakan dalam radiator lama-lama akan berkurang
akibatpenguapandan akhirnya akan habis. Oleh karena itu, radiator perlu di
isi air kembali untuk memastikan lancarnya proses pendinginan mesinselama mobil berjalan.
http://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan-radiasi.html#ixzz2FQKFcvmGhttp://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan-radiasi.html#ixzz2FQKFcvmGhttp://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan-radiasi.html#ixzz2FQKFcvmGhttp://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan-radiasi.html#ixzz2FQKFcvmG -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
31/52
31
C. Besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor konveksi
Gambar 10. Rambatan Kalor di dalam fluida
Apabila ada sebuah silinder yang diisi suatu fluida dan dua sisi
yang berhadapan dari silinder suhunya berbeda, akan terjadi aliran kalor
dari dinding yang bersuhu Ta ke dinding yang bersuhu Tb. Besarnya kalor
yang merambat tiap satuan waktu, dapat dituliskan sebagai berikut.
(2.1)
Q = kalor yang dipancarkan benda ( J)
t = selang waktu yang diperlukan (s)
h = koefisien konveksi termal ( . )
A = luas penampang aliran ()
T = perbedaan temperatur antara kedua tempat fluida mengalir (K)
Besarnya koefisien konveksi termal dari suatu fluida bergantung pada bentuk
dan kedudukan geometrik permukaan-permukaan bidang aliran serta
bergantung pula pada sifat fluida perantaranya.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
32/52
32
D. Peristiwa konveksi dalam keseharian
Peristiwa angin darat dan angin laut (Konveksi alami)
Tahukah anda apakah yang menyebabkan perahu nelayan hanya
dapat berlayar ketika malam hari dan kembali ke daratan pada siang
hari? Bukankah akan lebih mudah apabila kita mencari sesuatu ketika
siang hari? Pertanyaan-pertanyaan tersebut merupakan pertanyaan yang
sering terlupakan jawabannya. Padahal hal itu sudah umum dan terjadi
setiap hari di kehidupan kita.
Apabila pertanyaan itu kita tanyakan kepada nelayan, ia akan
menjawab bahwa angin daratlah yang menyebabkan ia dapat pergi
melaut dan angin lautlah yang menghantarkannya kembali ke daratan.
Namun tahukah nelayan tersebut bahwa pada peristiwa angina darat dan
angina laut tersebut telah terjadi konveksi yang menyebabkan
perpindahan kalor? Tentu kebanyakan nelayan atau bahkan anda
sekalipun tidak mengetahui hal tersebut.
Untuk itu perhatikanlah gambar dan penjelasan berikut ini:
(a) (b)
Gambar 11. Peristiwa angin laut pada siang hari.
Sumber: BSE Fisika SMA Kelas XJoko Sumarsono
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
33/52
33
Gambar a. Gambar tersebut adalah proses peristiwa angin laut. Kalor
jenis daratan (zat padat) lebih kecil daripada kalor jenis air laut (zat cair).
Akibatnya ketika dipanaskan oleh cahaya matahari pada siang hari,
kenaikan suhu daratan lebih besar daripada kenaikan suhu air laut. Hal ini
menyebabkan daratan yang telah panas, memanaskan udara yang berada
di atasnya sehingga suhu udara pun meningkat, sehingga massa jenis
udara berkurang dan membuat udara tersebut bergerak ke atas. Posisi
udara yang bergerak ke atas digantikan oleh udara yang berada di atas
permukaan laut.
Hal ini disebabkan karena massa jenis udara yang berada di atas
permukaan laut lebih besar. Ketika bergerak ke darat, posisi udara tadi
digantikan oleh udara lainnya yang berada tepat di atasnya. Sampai pada
ketinggian tertentu, udara panas yang bergerak ke atas mengalami
penurunan suhu. Diketahui bahwa ketika suhu udara menurun, volume
udara juga berkurang. Berkurangnya volume udara menyebabkan massa
jenis udara bertambah. Akibatnya, udara yang sudah mendingin tadi
meluncur ke bawah untuk menggantikan posisi udara yang telah
pergi dari permukaan laut .
Proses ini terjadi terus menerus sehingga terbentuk arus konveksi udara,
inilah yang diketahui oleh para nelayan sebagai angin laut . Di sebut
angin laut karena udara yang berada di atas permukaan air laut
melakukan pengungsian massal menuju daratan.
Gambar b. Gambar tersebut adalah proses peristiwa angina darat. Ketika
malam tiba, daratan lebih cepat dingin daripada air laut. Dengan kata
lain, pada malam hari, suhu daratan lebih rendah daripada suhu air laut.
Hal ini disebabkan karena kalor jenis daratan (zat padat) lebih kecil
daripada kalor jenis air laut (zat cair). Walaupun jumlah kalor yang
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
34/52
34
dilepaskan oleh daratan dan air laut sama, tetapi karena kalor jenis
daratan lebih kecil daripada kalor jenis air laut, maka penurunan suhu
yang dialami oleh daratan lebih besar daripada air laut.
Air laut yang memiliki suhu lebih tinggi menghangatkan udara yang
berada di atasnya. Akibatnya suhu udara yang berada di atas permukaan
laut meningkat. Peningkatan suhu udara menyebabkan massa jenis udara
berkurang sehingga udara bergerak ke atas. Daratan yang memiliki suhu
lebih rendah mendinginkan udara yang berada di atasnya. Akibatnya
suhu udara yang berada di atas daratan menurun. Penurunan suhu udara
menyebabkan massa jenis udara bertambah.
Hal ini menyebabkan udara yang berada di atas daratan meluncur ke
laut. Sampai pada ketinggian tertentu, udara yang bergerak ke atas
mendingin (suhunya menurun). Penurunan suhu menyebabkan massa
jenis udara bertambah. hal ini menyebabkan udara tersebut meluncur ke
bawah menggantikan posisi udara yang meluncur ke laut tadi.
Proses ini terjadi terus menerus sehingga terbentuk arus konveksi udara.
Hal ini lebih dikenal sebagai angin darat. Di sebut angin darat karena
udara yang berada di daratan melakukan pengungsian massal menujulaut.
Contoh Soal:
Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,02 kal/msC memiliki luas
penampang aliran 10 cm2. Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu
200C ke dinding lainnya yang bersuhu 50C, kedua dinding sejajar. Berapakah
besarnya kalor yang dirambatkan?
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
35/52
35
Jawab:
H = hA T
H = 0,02 kal/msC (1 10-3m2) (200C50C) = 9 10-2kal/s
Jadi, besarnya kalor yang merambat dalam fluida per satuan waktu adalah 9 10-2
kal/s.
2.3.3Rangkuman
2.3.4 Tugas 31. Proses konveksi biasa terjadi pada zat?2. Sebutkan besaran-besaran fisis yang mempengaruhi laju kalor konveksi?3. Carilah 1 alat yang menggunakan konsep perpindahan kalor konveksi, selain
yang terdapat dalam modul ini!
2.3.5 Tugas Formatif 31. Apa yang dimaksud dengan perpindahan kalor konveksi?2. Apa perbedaan antara konveksi alami dan konveksi paksa?3. Sebutkan 3 contoh alat yang menggunakan konsep perpindahan kalor
konveksi!
- Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain
fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi
- Ada dua jenis konveksi: konveksi alami dan konveksi paksa- Secara matematis laju kalor konveksi dapat dituliskan sebagai berikut:
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
36/52
36
4. Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kal/msC memilikiluas penampang aliran 20 cm2. Jika fluida tersebut mengalir dari
dinding yang bersuhu 100C ke dinding lainnya yang bersuhu 20C,
kedua dinding sejajar. Berapakah besarnya kalor yang dirambatkan?
5. Sebutkan satu contoh peristiwa konveksi dalam keseharian!
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
37/52
37
2.4Kegiatan Belajar 4Radiasi
2.4.1Tujuan Pembelajaran1. Membedakan benda yang baik dan buruk dalam menyerap dan
memancarkan kalor radiasi
2. Menyebutkan besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor radiasi3. Memformulasikan hubungan laju kalor radiasi dengan besaran fisis yang
mempengaruhinya
4. Menyebutkan 2 contoh pemanfaatan kalor radiasi dalam kehidupan sehari-hari
2.4.2 Uraian MateriA. Pengertian Radiasi
Gambar 12. Sinar Matahari sampai ke Bumi merupakan perpindahan kalor
radiasi.
Sumber: BSE SMA Kelas XJoko Sumarsono
Bagaimanakah energi kalor dari Matahari dapat masuk melalui atmosfer
Bumi dan menghangatkan Bumi? Kalor dari Matahari tidak dapat melalui
atmosfer secara konduksi karena udara yang terdapat di atmosfer tergolong
konduktor paling buruk. Kalor dari Matahari juga tidak dapat sampai masuk ke
Bumi melalui konveksi karena konveksi selalu diawali dengan pemanasan Bumi
terlebih dahulu. Selain itu, perpindahan kalor secara konduksi atau konveksi
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
38/52
38
tidak mungkin melalui ruang hampayang terdapat di antara atmosfer Bumi dan
Matahari. Bagaimanakah proses perpindahan kalor dalam peristiwa ini?
Kalor dari Matahari dapat sampai ke Bumi melalui ruang hampa tanpa zat
perantara (medium). Perpindahan kalors eperti ini disebut radiasi. Perpindahan
kalor dapat melalui ruang hampa Karena energi kalor dibawa dalam bentuk
gelombang elektromagnetik. Jadi, radiasi atu pancaran adalah perpindahan
energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
B. Penyerap Kalor Radiasi yang Baik dan Buruk
Gambar 13. Pakaian hitam adalah
penyerap kalor radiasi yang baik.
Sumber: BSE SMA Kelas XJoko
Sumarsono
Apa yang kamu rasakan ketika
memakai baju hitam pada siang
hari Dan apa yang kamu rasakan
saat memakai baju berwarna putih
dan berwarna terang? Tentunya
kamu akan merasa lebih panas
memakai baju hitam pada siang
hari, bukan?
Hal ini karena di siang hari, baju hitam menyerap kalor radiasi lebih
baik daripada baju putih dan berwarna terang. Di malam hari, baju hitam terasa
lebih dingin daripada baju putih atau berwarna terang. Ini terjadi karena di
malam hari, baju hitam memancarkan kalor radiasi lebih baik daripada baju
putih dan berwarna terang.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
39/52
39
Berdasarkan uraian di atas dapatlah kita simpulkan bahwa:
1. Permukaan yang hitam kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baiksekaligus pemancar kalor radiasi yang baik pula;
2. Permukaan yang putih dan berwarna terang adalah penyerap kalor radiasiyang buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk pula;
3. Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang,permukaan (dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengkilap (missal
dilapisi dengan perak).
C. Besaran-besaran fisis pada perpindahan kalor radiasi
Pada tahun 1879, Stefan-Boltzman mengungkapkan suatu hukum
yang mengenai radiasi yang disebut sebagai Hukum Stefan-Boltzman, yang
berbunyi: Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam
bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas
permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak
permukaan itu (T4).
Secara matematis ditulis:
Tidak semua benda dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna.
Terdapat suatu besaran yang disebut emisivitas, yaitu suatu ukuran seberapa
besar pemancaran radaisi kalor suatu benda dibandingkan dengan bendahitam sempurna. Nilai emisivitas terletak di antara 0 dan 1, untuk
penyerap paling buruk, dan untuk penyerap paling baik.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
40/52
40
Persamaan Stefan-Boltzman untuk setiap benda dapat ditulis sebagai:
Intensitas radiasi sebesar,
R = e T4
Keterangan:
Q = kalor yang dialirkan (J)
t = waktu (s)
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu (K)
e = emisivitas benda (tanpa satuan)
R = intensitas radiasi ( W/m2)
D. Pemanfaatan Radiasi1. Pendiangan rumah
Gambar 14. Kalor yang menghangatkan tubuh dan berasal dari pendianganmerupakan kalor radiasi.Sumber:www.google.co.id/gambar
http://www.google.co.id/gambarhttp://www.google.co.id/gambar -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
41/52
41
Sebagian besar kalor pada pendiangan rumah akan naik ke atas cerobong
asap karena dibawa oleh konveksi udara. Tubuh kita merasa hangat karena
penjalaran kalor ke samping dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Dengan kata lain, tubuh kita merasa hangat karena penghantaran kalor
secara radiasi (Gambar 14).
2. Rumah kacaPernahkah kalian melihat tumbuhan yang berada pada sebuah rumah
kaca? Bagaimana tumbuhan di dalamnya dapat tetap tumbuh dengan
subur?
Gambar 15. Kalor radiasi pada rumah kaca
Sumber:www.google.co.id/gambar
Ketika sinar Matahari mengenai kaca sebuah rumah kaca, cahaya
tampak dapat menembus kaca, sedang ultraviolet dan inframerah
dipantulkan kembali oleh kaca. Kalor radiasi cahaya tampak diserap oleh
tanah dan tumbuhan di dalam rumah kaca sehingga tanah dan tumbuhan
menjadi hangat.
Tanah dan tumbuhan yang hangat dapat digolongkan sebagai
sumber yang lebih dingin dibandingkan dengan Matahari yang suhunya
http://www.google.co.id/gambarhttp://www.google.co.id/gambar -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
42/52
42
sangat tinggi. Tanah dan tumbuhan sebagai sumber kalor yang lebih
dingin akan memancarkan kembali kalor yang diterimanya dalam bentuk
radiasi inframerah. Energi kalor radiasi inframerah yang dipancarkan
kembali ini tidak mampu menembus kaca.
Sebagai hasilnya, energi kalor ini terperangkap di dalam rumah
kaca, dan rumah kaca menjadi hangat. Suhu di dalam rumah kaca dapat
tetap tinggi dibandingkan dengan suhu di luarnya. Keadaan ini membuat
tumbuhan dapat tumbuh dengan subur.
Contoh Soal:
Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,1 m2dan suhunya 37 C. Jika
suhu sekelilingnya 97 C, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.
Jawab:
Benda hitam, maka e = 1
T1= 310 K
T2= 370 K
= 5,672.10-8watt/m2K4
a. R = e ( T24- T1
4)
= 1. 5,672.10-8(3704- 3104)
= 536,57 watt/m2
b. R = Q/A.t
Q = R. A. t
Q = 536,57. 0,1. 3600 = 1931652 Joule
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
43/52
43
2.4.3 Rangkuman
2.4.4 Tugas 41. Pada perpindahan kalor radiasi, energi kalor dibawa oleh?
2. Bagaimana cara mengurangi laju kalor radiasi pada suatu benda?
3. Sebutkan besaran-besaran fisis pada laju kalor radiasi!
2.4.5 Tugas Formatif 41. Apa yang dimaksud dengan radiasi?2. Apa perbedaan antara benda hitam dan putih dalam menyerap dan
memancarkan kalor radiasi?
3. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2dan suhunya 27 C. Jikasuhu sekelilingnya 77 C, hitunglah:
- Radiasi atu pancaran adalah perpindahan energi kalor dealam
bentuk gelombang elektromagnetik.
- Permukaan yang hitam kusam adalah penyerap kalor radiasi
yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik pula.
- Permukaan yang putih dan berwarna terang adalah penyerap
kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk
pula.
- Secara matematis laju kalor radiasi dapat dituliskan sebagai
berikut:
- Dan untuk laju kalor radiasi pada setiap bahan:
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
44/52
44
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.
4. Sebutkan satu contoh alat yang menggunakan konsep perpindahan kalorradiasi!
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
45/52
45
BAB III
EVALUASI
A. Pilihlah satu jawaban yang benar !1. Di bawah ini yang bukan termasuk 3 cara peprindahan kalor adalah
a. Konduksib. Pemuaian
c. Konveksid. Radiasi
2. Contoh benda yang termasuk konduktor adalaha.Tisu, kertas, besib.Kain, wol, tembaga
c.Besi, baja, tembagad.Kayu, papan, benang
3. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanyamempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500C dan
suhu pada ujung kuningan 350C. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien
termal besi, berapakah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan?
a. 371,4Cb. 731,4C
c. 471,4Cd. 173,4C
4. Di bawah ini yang bukan contoh alat yang menerapkan konsep perpindahan kalorkonveksi adalaha.Hair Dryerb.Panci masak
c.Radiator mobild.Lemari es
5. Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kal/msC memiliki luaspenampang aliran 20 cm2. Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu
100C ke dinding lainnya yang bersuhu 20C, kedua dinding sejajar. Berapakah
besarnya kalor yang dirambatkan?
a. 160 kal/sb. 16 kal/s
c. 1,6 kal/sd. 16 kal/s
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
46/52
46
B. Isilah pertanyaan berikut dengan baik dan benar1. Apa yang dimaksud dengan perpindahan kalor konduksi?2. Sebatang alumunium yang panjangnya 0,400 m dan diameternya 6,00 x 10-3m
digunakan untuk mengaduk larutan gula air yang berusaha 108oC. Jika ujung kain
batang berada pada suhu ruang 28oC, berapa kalor yang mengalir sepanjang
batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal alumunium 200 W/(Mk)
3. Apa perbedaan antara konveksi alami dan konveksi paksa?4. Apa perbedaan antara benda yang berwarna hitam dan putih dalam menyerap
dan memancarkan kalor radiasi?
5. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2dan suhunya 27 C. Jika suhusekelilingnya 77 C, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
47/52
47
BAB IV
PENUTUP
Setelah menyelesaikan modul ini, anda berhak untuk mengikuti tes praktik untuk
menguji kompetensi yang telah anda pelajari. Apabila anda dinyatakan memenuhi syarat
kelulusan dari hasil evaluasi dalam modul ini, maka anda berhak untuk melanjutkan ke topik/
modul berikutnya.
Mintalah pada guru/instruktur untuk melakukan uji kompetensi dengan sistem penilaian
yang dilakukan secara langsung oleh asosiasi profesi yang berkompeten apabila anda telah
menyelesaikan suatu kompetensi tertentu. Atau apabila anda telah menyelesaikan seluruh
evaluasi dari setiap modul, maka hasil yang berupa nilai dari guru/instruktur atau berupa
portofolio dapat dijadikan sebagai bahan verifikasi oleh asosiasi profesi. Kemudian selanjutnya
hasil tersebut dapat dijadikan sebagai penentu standarpemenuhan kompetensi tertentu dan
bila memenuhi syarat anda berhak mendapatkan sertifikat kompetensi yang dikeluarkan oleh
asosiasi profesi.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
48/52
48
DAFTAR PUSTAKA
1. Aip, Saripudin. 2008. BSE Belajar Praktis Fisika Kelas X. Pusat Pebukuan Departemen
Pendidikan Nasional: Jakarta.
2. Jewett, Serway. 2003. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Salemba Teknika:Jakarta
3. Sumarsono, Joko. 2009. BSE Fisika. Pusat Pebukuan Departemen Pendidikan Nasional:
Jakarta.
4. Kanginan, Marthen. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas X. Penerbit Erlangga:Jakarta.
5.http://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks dan radiasi.html
http://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan%20radiasi.htmlhttp://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan%20radiasi.htmlhttp://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveks%20dan%20radiasi.html -
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
49/52
49
KUNCI JAWABAN
Tugas 1
1. Perpindahan kalor terjadi dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunyarendah
2. Api unggun3. Hal itu dikarenakan suhu telapak tanganmu lebih tinggi dibandingkan suhu
bongkahan es, sehingga kalor berpindah dari telapak tanganmu ke bongkahan es
tersebut.
Tes Formatif 1
1. Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah.2. Konduksi, Konveksi, dan Radiasi
Tugas 2
1. Getaran partikel dan gerakan electron-elektron bebas.
2. Beda suhu, ketebalan benda, luas permukaan, selang waktu dan konduktivitas termal.
3. Termos. Dinding kaca pada termos digunakan karena kaca sebagai konduktor yang
jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi
Tes Formatif 2
1.Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikelperantaranya.
2.Konduktor ialah zat atau bahan yang mudah menghantarkan kalor.
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
50/52
50
Isolator ialah zat atau bahan yang sukar menghantarkan kalor.
3.Contoh zat yang tergolong konduktor: logam, seperti alumunium, baja, dan tembaga.Contoh zat yang tergolong isolator: kayu, plastik, busa, wol, kain, danlain-lain
4.12 x 107Joule5.371,4C
Tugas 3
1.Zat cair dan zat gas2.Selang waktu, luas permukaan benda, koefisen konveksi termal, dan perbedaan
suhu.
3.Hair dryer. Pada alat pengering rambut (hair dryer), kipas angin menarik udara disekitarnya dan meniupkannya kembali setelah di lewatkan pada elemen pemanas di
dalamnya. Dengan proses ini di peroleh arus konveksi paksa udara panas.
Tes Formatif 3
1. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida olehpergerakan fluida itu sendiri dinamakan konveksi.
2. Konveksi alamiah merupakan pergerakan fluida yang terjadi akibat perbedaan massajenis.
Konveksi paksa adalah suatu proses pergerakan fluida yang langsung diarahkan
tujuannya oleh sebuah pompa atau blower.
3.Lemari es, Radiator mobil, dan Hair dryer.4.16 kal/s
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
51/52
51
5.Angin darat dan angin laut
Tugas 4
1. Gelombang elektromagnetik2. Permukaan (dinding) benda harus dilapisi suatu bahan agar mengkilap (misal dilapisi
dengan perak).
3. Luas permukaan, selang waktu, perbedaan suhu, dan emisivitas benda.
Tes Formatif 4
1.Radiasi atu pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombangelektromagnetik.
2.Permukaan yang hitam kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaliguspemancar kalor radiasi yang baik pula.
Permukaan yang putih dan berwarna terang adalah penyerap kalor radiasi yang
buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk pula.
3.a. 391,72 watt/m2b. 705060 Joule
4.Microwave
-
8/12/2019 Citra Wahyuni 3215102338 Modul Perpindahan Kalor
52/52
EVALUASI
A.
1. b
2. c
3. a
4. b
5. d
B.
1.Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikelperantaranya.
2.12 x 107Joule3.Konveksi alamiah merupakan pergerakan fluida yang terjadi akibat perbedaan massa
jenis.
Konveksi paksa adalah suatu proses pergerakan fluida yang langsung diarahkan
tujuannya oleh sebuah pompa atau blower.
4.Permukaan yang hitam kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaliguspemancar kalor radiasi yang baik pula.
Permukaan yang putih dan berwarna terang adalah penyerap kalor radiasi yang
buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk pula.
5.a. 391,72 watt/m2b. 705060 Joule