13001-11-969667061652.doc

MODUL PERKULIAHAN

Fisika

Perpindahan Kalor

Fakultas

Program Studi

Fakultas Teknik Industri

Program Studi Teknik Mesin

Tatap Muka

Kode MK

Disusun Oleh

11

MK13002

Rini Anggraini, Ir.MM

Abstrat

Kompetensi

Kalor atau energi termal berpindah melalui konduksi, konveksi atau radiasi.Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel,konveksi adalah perpindahan kalor disertai dengan perpindahan partikel karena adanya perbedaan massa jenis, dan radiasi adalah perpindahan kalor dengan pancaran berupa gelombang elektromagnetik

Setelah mempelajari bab ini diharapkan mahasiswa dapat : Memahami konsep perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi Mampu menerapkan teori perpindahan kalor dalam kehidupan sehari - hari 



!" PENDAHULUAN

Kalor atau energi termal berpindah melalui cara konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi adalah peristiwa dimana energi termal berpindah dalam zat akibat tumbukan antara molekul  molekul zat tersebut. Semakin panas benda, semakin besar energi kinetik ratarata molekul-molekulnya. !ila antara dua benda yang bersentuhan terdapat suatu perbedaan suhu, molekul dalam benda yang lebih panas yang memiliki energi lebih tinggi, memindahkan energi ke molekul dalam benda yang lebih dingin, yang memiliki energi lebih rendah. "ni berlangsung apabila terjadi tumbukan antara kedua jenis molekul tersebut, sehingga timbul aliran energi, energi termal dari benda yang panas ke benda yang dingin. Konveksi energi termal terjadi bila zat #benda$ yang panas berpindah mendesak zat #benda$ yang lebih dingin. Sebagai contoh aliran udara diatas kompor, dan aliran panas dalam aliran %eluk Meksiko. &adiasi adalah cara energi termal berpindah dalam vakum. &adiasi adalah peristiwa gelombang elektromagnetik. !enda hitam adalah benda yang mampu menyerap semua energi radiasi yang jatuh padanya. Kalau keadaan keseimbangan termal telah tercapai, jumlah energi yang dipancarkan sesuatu benda sama dengan jumlah energi yang diserap. Karena itu benda yang merupakan penyerap yang baik, juga merupakan pemancar radiasi yang baik. 'ukum Ste(an !oltzmann menyatakan bahwa jumlah energi yang dipancarkan per satuan luas benda per satuan waktu adalah berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan tersebut.

!!" RUMUS

1. Perpindahan Kalor secara Konduksi  Konduksi adalah proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel  !esarnya perpindahan kalor #)$ tiap satuan waktu #t$ dirumuskan sebagai

berikut : *



Keterangan : ) * jumlah perpindahan kalor #joule atau kalor$ + * luas permukaan #m$ % * perbedaan suhu * % - % #oK$ d * ketebalan dinding #m$ k * konduktivitas termal zat #/ 0 m oK$ 1ika pada dua batang logam yang berbeda jenis disambungkan : *

`13

2

Fisika dan Praktikum

Pusat Bahan Ajar dan eLearning

&ini +nggraini, "r. MM

http:00www.mercubuana.ac.id

*

2. Perpindahan Kalor secara Konveksi  Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel karena

perbedaan massa jenis. * h. +. %

Keterangan : h * koe((isien konveksi # / 0 m. oK $ . Perpindahan Kalor secara Radiasi  &adiasi adalah proses perpindahan kalor dengan pancaran berupa gelombang

elektromagnetik. * e. +. %

Keterangan :

* tetapan Ste(an  !oltzmann * 2,34 5 6-7 / 0 m K8 e * emisitas # 6 9 e 9  $

!!!" S!AL DAN PEM"AHASAN

. ua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.

1ika panjang logam ; adalah dua kali panjang logam ) dan konduktivitas thermal logam ; adalah setengah dari konduktivitas logam ) , tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam.

;embahasan :

`13

3





!anyaknya kalor persatuan waktu yang melalui logam ; sama dengan kalor yang melalui

logam

).

perpindahan kalor

secara konduksi

:

*

Karena jenis dan luasnya sama maka :

*

*

 #t - =6$ t - 36 t > t =t t

.

* 6  t * 6 - t * 6 > 36 * 76 *

* 36o?

;lat baja dipanaskan hingga suhunya mencapai 4@? hingga kalor radiasi yang dipancarkan sebesar A 10s. 1ika plat terus dipanasi hingga suhunya mencapai 44@ tentukan kalor radiasi yang dipancarkanB

;embahasan : % * 4@? * 4 > 4= * 266 K % * 44@? * 44 > 4= * 666 K

Kalor yang diradiasikan oleh suatu permukaan benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, sehingga:

* # * #

`13

4

$8 $8





* 8

--- ; * 3 A 10s

=. Keping baja dengan tebal  cm, luas penampang 2666 cm , sisi yang satu bersuhu 26o? dan yang lain 86 o?. !erapa kalor berpindah melalui keping setiap detikC k besi * 6,2 kal0s cmo? ;embahasan :

*

* * 776 kal0s 8. Keping logam tebal 8 mm, dengan beda suhu =o? antara kedua permukaannya. Keping itu dilalui 66 kkal0jam pada setiap 2 cm  luas penampangnya. 'itung konduktivitas termal logam ini dalam satuan /0m oK. ;embahasan : %ebal * 8 mm * 8 5 6-= m * 66 kkal 0 jam * + * 2 cm * 2 5 6-8 m

*

k

*

*

5

* 27,2 / 0 m .oK 2.  keping logam dipatri menjadi satu. iketahui + * 76 cm, D * D * = mm, %  * 66o? . % * 6o?. Keping kiri mempunyai k  * 6,2 kal 0 s. cm. o? dan k * 6,3= kal 0 s. cm. o?. %entukan aliran kalor per satuan waktu yang yerjadi, dan hitung juga suhu t pada sambungan.

`13

5





%

D +

D %

;embahasan :

Setelah keadaan seimbang tercapai, berlaku bahwa kalor yang mengalir melalui keping  juga melalui keping , sehingga :

*

Karena D * D , maka : k # 66

66

- t $ * k # t - 6

$

k - k t * k t

66

k *

k t > k t

66

k *

# k > k $ t

t

*

*

* 8,8 o?

*

`13

6





*

* 766 kal0s 3. %abung tembaga # panjang =m, diameter dalam 266 cm, diameter luar 466 cm $ menembus bejana berisi air pada suhu tetap 6 o?. Eap air bersuhu 66 o? dialirkan melalui tabung. a. !erapakah aliran air kalor per satuan waktu terjadi antara uap dan air di dalam bejanaC b. !erapa uap yang mengembun setiap menitC iketahui ktembaga * ,6 kal 0 s. cm. o? ;embahasan : a. Karena tebal tabung jauh lebih kecil daripada diameter dalamnya maka : Duas permukaan dalam tabung * 

r dalam. D

*  . #6,426 cm$ #=66 cm$ * 86 cm Duas permukaan luar tabung

*

r luar . D

*  . #6,726 cm$ #=66 cm$ * 366 cm

Duas permukaan dalam tabung hampir sama dengan

Duas permukaan luar

tabung karena itu sebagai pendekatan tabung itu akan dilihat sebagai suatu keping setebal 6,66 cm dan luas permukaan :

# 86 > 366 $ cm

+ *

* 266 cm

*

`13

7





*

* , 5 63 kal0s b. alam waktu  menit, kalor yang keluar dari tabung adalah : ) * # , 5 63 kal0s $ # 36s $ * 4 5 63 kal0s Seperti diketahui  gram uap pada suhu 66 o? akan melepas 286 kal bila berkondensasi, maka jumlah uap yang berkondensasi dalam waktu  menit *

* =,= 5 68 g * == kg

4. !enda berbentuk bola dengan diameter  cm bersuhu tetap 366 o?. 1ika benda dianggap benda hitam, berapakah energy dipancarkan oleh benda setiap detik #dalam satuan watt$ C ;embahasan : r 

Duas permukaan bola + * 8

#6,6 m$

* 8

* ,3 5 6-= m Anergi radiasi per detik * +

%8

* #,3 5 6-= m$ # 2,34 5 6-7 / 0 m K8$ #74= K$8 * 8,8 / !#" #U$AS

. alam batang aluminium ternyata terjadi arus kalor sebesar 7 kal setiap detik, setiap cm luas penampangnya. !erapakah gradient suhu dalam batang ituC iketahui kaluminium * 6,2 kal 0 s.cm.o?

#kunci jawaban : 3 o? 0 cm$

. Kaca jendela berukuran 76 cm 5 86 cm 5 = mm. Kalau suhu luar 6o? sedangkan suhu dalam 7o?, berapa banyak kalor akan bertransit lewat jendela itu setiap jamC iketahui kkaca * 6, kal 0 s.cm.o?

#kunci jawaban : 866 kkal 0 jam$

=. Keping baja yang tebalnya 6, cm meneruskan kalor karena antara kedua permukaannya terdapat selisih suhu 66 o?. Kalau kbaja * 6, kal 0 s.cm.o?, berapa gram air dapat diuapkan pada 66 o? oleh kalor tersebut setiap jam setiap cm  luas #kunci jawaban : 3 o? 0 cm$

permukaanC `13

8





8. Dapisan eternit dapat meneruskan kalor sebanyak 6,== !tu setiap jam setiap luas permukaan #(t$ dengan adanya gradient suhu antara kedua permukaan sebesar  oF per inci. !erapa energy #dalam !tu$ akan berpindah setiap harinya melalui lapisan = (t 5 3 (t 5 G inci, dengan suhu =7 oF pada satu permukaan dan suhu 3= oF pada permukaan yang lainC

#kunci jawaban : 8766 !tu 0 hari$

2. Kaca jendela modern terdiri atas dua keping kaca berukuran 76 cm 5 76 cm 5 6,=6 cm terpisah oleh lapisan udara setebal 6,=6 cm. Suhu pada permukaan kaca dalam 6o? sedangkan suhu permukaan luar 6 o?. !erapa banyak kalor keluar lewat kawat itu setiap detik, kalau diketahui k kaca *  5  6 -= kal0s.cm.o? dan kudara *  5  6 -8 kal0s.cm.o?.

#kunci jawaban : 4 kal 0 s$

3. Dubang kecil pada dinding tanur menyerupai benda hitam. Kalau luasnya  cm  dan suhunya 44o? #sama seperti suhu di dalam tanur$, berapa kalor diradiasikan keluar setiap detik oleh lubangC

#kunci jawaban : ,4 kal 0 s$

4. Kawat spiral lampu pijar luas permukaannya 26 mm, dan bersuhu 4 o?. engan memisalkan bahwa semua enegi listrik yang dihantarkan pada lampu diradiasikan keluar seluruhnya, dan menganggap kawat pijar bersi(at benda hitam, berapakah daya harus diberikan pada lampu agar dapat ber(ungsiC

#Kunci jawaban: H8 /$

7. !ola #r * = cm $ bersi(at seperti benda hitam, berada dalam keadaan seimbang dengan kelilingnya, ternyata menyerap daya =6 k/ dari lingkungannya. !erapakah #Kunci jawaban : 366 oK$

suhu bola ituC

`13

9





`13

10





DA%#AR PUS#AKA . !ueche 1. Frederick dan rs. !. armawan M.Sc, Seri !uku Schaum: Teori dan

Soal-Soal , Fisika Adisi Ketujuh. Arlangga H72 . ?ipta Science %eam: Rangkuman Fisika, Februari HH7 =. ?hasanah &isdiyani, +badi &inawan, "snaini Sya(iIah: Detik-Detik Ujian Nasional Fisika Program IPA. ;% "ntan ;ariwara, 1anuari 6 8. rs. 1oko Entoro dan %im
`13

11





13001-11-969667061652.doc

Recommend Documents