Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi, dan Radiasi)

&Suhu Kalor Kompetensi Dasar 3.5 Menganalisis pengaruh kalor dan perpindahan kalor yang meliputi karakteristik termal suatu bahan, kapasitas, dan konduktivitas kalor pada kehidupan sehari-hari. Kompetensi Dasar 4.5 Merancang dan melakukan percobaan tentang karakteristik termal suatu bahan, terutama terkait dengan kapasitas dan konduktivitas kalor, beserta presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya Tujuan Pembelajaran Kognitif 3.5.1 Menentukan suhu campuran (keseimbangan termal) 3.5.2 3.5.3 dari dua benda (zat) atau lebih melalui asas Black Menentukan suhu gabungan dua buah logam yang digabung melalui perpindahan kalor secara konduksi Menganalisis perpindahan kalor (meliputi karakteristik suatu bahan, kapasitas dan konduktivitas kalor) pada kehidupan sehari-hari Tujuan Pembelajaran Psikomotor 4.5.1 Mempresentasikan hasil demonstrasi perpindahan kalor dan pemanfaatannya .

Ketika sepanci air dingin Dapat dikatakan bahwa kalor mengalir diletakkan di atas api kompor dari kompor yang panas ke air yang dingin. yang panas, maka temperatur Ketika dua obyek yang panas diletakkan dari air akan meningkat. bersinggungan, kalor secara spontan mengalir dari benda yang panas ke benda Air panas yang dingin untuk menyamakan mengalir ke temperatur. Bila dua objek tersebut atas bersinggungan cukup lama sehingga temperatur mereka menjadi sama, maka Air dingin objek-objek tersebut disebut dalam mengalir ke keseimbangan termal, dan tidak ada lagi bawah aliran kalor diantara mereka. (tenggelam) Kalor Kalor termometer Anak sakit Contoh Kasus demam demam Sebagai contoh, ketika sebuah sebuah termometer demam diletakkan dimulut anda, kalor mengalir dari mulut Anda ke termometer. Ketika termometer mencapai temperatur yang sama dengan mulut anda, maka termometer dan mulut anda berada dalam kesetimbangan termal, dan tidak ada lagi aliran kalor. Ketika kalor (diartikan sebagai perpindahan energi) mengalir dari sebuah objek yang panas ke objek yang lebih dingin. Maka, KALOR adalah energi yang dipindahkan dari satu objek ke objek lain karena perbedaan temperatur.

Contoh Kasus Bagaimana Anda _______________________________________ mendinginkan _______________________________________ kopi yang panas? _______________________________________ _______________________________________ Es batu Kopi Panas _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ Simak video berikut ini dimana terdapat sebuah praktikum sederhana yang memperlihatkan proses terjadinya prinsip kekekalan energi atau lebih dikenal dengan Azas Black. Caranya: Scan QR code di samping ini dengan menggunakan handphone (yang terinstall barcode/QRcode scanner) atau dengan membuka link di bawah ini http://bit.ly/asasblackeduplasa Dari cara yang Anda lakukan, maka akan tercapai keseimbangan termal. Dari ilustrasi gambar di bawah ini! Maka akan diperoleh air hangat yang suhunya diantara suhu air panas dan air dingin. Dalam pencampuran ini, tentulah air panas melepaskan energy sehingga suhunya turun dan air dingin menerima energy sehingga suhunya naik. Jika pertukaran kalor hanya terjadi antara air panas dan air dingin (tidak ada kehilangan kalor ke udara sekitar dan ke gelas, maka sesuai dengan prinsip kekekalan energi Kopi dingin “Kalor yang dilepaskan oleh air panas (Qlepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Qterima)” Asas Black Kekekalan energy pada pertukaran (1728-1799) kalor, pertama kali di ukur oleh Qlepas = Qterima BJolsaecpkh Q = m. c. ∆T

Kalor dipindahkan dari satu tempat/objek ke tempat/objek yang lain terjadi dalam 3 cara yang berbeda: dengan konduksi, konveksi dan radiasi. Kita akan mendiskusikannya secara bergantian, tetapi dalam situasi praktis dua atau ketiganya dapat beroperasi pada waktu yang sama. Simak video berikut ini dimana terdapat sebuah ilustrasi 3D sederhana yang memperlihatkan proses perpindahan kalor secara konduksi Caranya: Scan QR code di samping ini dengan menggunakan handphone (yang terinstall barcode/QRcode scanner) atau dengan membuka link di bawah ini http://bit.ly/conductiondesignmate Apa yang dapat Contoh Kasus kalian analisis atau simpulkan _____________________________________________________________ dari percobaan _____________________________________________________________ di atas _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

Konduksi kalor pada banyak material dapat digambarkan seperti dibawa melalui tabrakan molekular. Pada saat satu sisi objek dipanaskan, molekul disana semakin cepat (= karena temperatur yang semakin tinggi). Pada saat molekul- molekul yang lebih cepat bertabrakan dengan molekul-molekul yang lebih lambat, mereka memindahkan sebagian energi kinetik mereka ke molekul tersebut, yang kemudian kecepatan meningkat. Molekul ini kemudian memindahkan energinya dengan cara bertabrakan dengan molekul lebih jauh sepanjang objek, maka energi kinetik dari energi termal dipindahkan oleh tabrakan molekular sepanjang objek. Pada logam, tabrakan dari elektron bebas di dalam logam merupakan uang paling bertanggungjawab atas terjadinya konduksi. Selidiki Faktor-faktor yang menunjang Laju Kalor Konduksi Suhu Konduktivitas Termal Luas 200 oC sempit 100 oC Luas Menurut kalian mana yang lebih Menurut kalian mana yang lebih cepat menghantarkan kalor cepat menghantarkan kalor Menurut kalian mana yang lebih cepat menghantarkan kalor 100 oC 100 oC Menurut kalian mana yang lebih cepat menghantarkan kalor Panjang/Tebal Check this link http://bit.ly/konduktivitastermal

Analisis Kasus Semakin besar konduktivitas termal maka semakin ___________________ laju kalor konduksi Semakin besar panjang/tebal logam maka semakin ___________________ laju kalor konduksi Semakin besar luas logam maka semakin ___________________ laju kalor konduksi Semakin besar perbedaan suhu logam maka semakin ___________________ laju kalor konduksi Rumus Laju Konduksi Q = k . A . ∆T t L Silahkan melengkapi keterangan beberapa = ______________________ simbol di samping! k = ______________________ A = ______________________ Lalu pernahkan kalian mendengar L = ______________________ eksperimen “fireproof balloon” simak ∆T = ______________________ demonstrasinya Analisis Kasus Mengapa itu bisa terjadi? _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

Apabila ada dua buah batang penghantar mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambung menjadi satu seperti gambar di bawah ini. Koefisien konduksi termal batang penghantar kedua sama dengan dua kali koefisien konduksi termal batang pertama. Jika batang pertama dipanaskan sehingga T1 = 100oC dan T2 = 25oC maka berapa suhu sambungan kedua logam tersebut? 100OC 25OC Analisis Kasus K1 . A1 . ∆T1= K2 . A2 . ∆T2 L1 L2

Simak video berikut ini dimana terdapat sebuah ilustrasi 3D sederhana yang memperlihatkan alur proses perpindahan kalor secara konveksi Caranya: Scan QR code di samping ini dengan menggunakan handphone (yang terinstall barcode/QRcode scanner) atau dengan membuka link di bawah ini http://bit.ly/konveksia Air panas mengalir ke atas Pada peristiwa di samping merupakan Air dingin Kalor konveksi alami dalam air, ketika air yang mengalir ke diberi zat warna (Kristal kalium bawah permanganat) dipanasi, massa jenis air pada (tenggelam) bagian itu menjadi lebih kecil, sehingga air bergerak naik ke atas. Tempatnya digantikan Kalor oleh air dingin yang massa jenisnya lebih besar. Di dalam air terbentuk lintasan tertutup yang ditunjukkan oleh arah anak panah, disebut arus konveksi Analisis Kasus Perhatikan sirkulasi dari rumah yang memiliki perapian di dalamnya, apakah ini juga termasuk dalam Arus Konveksi? Jelaskan pendapat kalian! _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

Angin laut dan angin darat yang dimanfaatkan nelayan untuk berlayar mencari ikan terjadi melalui konveksi alami udara. Pada siang hari, tanah lebih cepat menjadi panas daripada laut, sehingga udara di atas daratan lebih panas daripada udara di atas laut. Oleh karena itu udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara diatas laut, dan terjadilah angin laut (sea breeze). Pada malam hari, tanah lebih cepat dingin daripada laut, sehingga udara di atas dataran lebih dingin daripada udara di atas laut. Oleh karena itu, udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas daratan, dan terjadilah angin darat (land breeze). Udara hangat yang massa jenisnya lebih kecil akan naik, dan tempatnya digantikan oleh udara dingn yang massa jenisnya lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan Konveksi. Rumus Laju Konveksi Q = h . A . ∆T t = ______________________ h = ______________________ A = ______________________ ∆T = ______________________ Silahkan melengkapi keterangan beberapa simbol di atas! Lajur kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan benda A yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu ∆T diantara benda dan fluida, dengan h adalah koefisien konveksi yang nilainya bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan, yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah, atau menghadap ke atas.

Simak video berikut ini dimana terdapat sebuah ilustrasi 3D sederhana yang memperlihatkan alur proses perpindahan kalor secara radiasi Caranya: Scan QR code di samping ini dengan menggunakan handphone (yang terinstall barcode/QRcode scanner) atau dengan membuka link di bawah ini http://bit.ly/radiationa Kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantara (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energy kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektomagnet. Jadi, radiasi (pancaran) adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnet. 1 Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik pula 2 Permukaan yang putih dan mengilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk pula. 3 Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, permukaan (dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengilap (misalnya dilapisi perak)

Analisis Kasus Apabila ada dua buah gelas yang satunya berwarna hitam kusam dan satunya mengilap (krom) masing-masing dituang kopi dengan suhu panas yang sama maka manakah dari kedua gelas tersebut yang cepat dingin? Jelaskan alasannya! _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ Rumus Laju Radiasi Q = e . A . ������. T4 t Hukum Stefan-Boltzmann yang berbunyi = ______________________ energy yang dipancarkan oleh suatu e = ______________________ permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor A = ______________________ tiap satuan waktu sebanding dengan luas T = ______________________ permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu ������ = ______________________