KONDUKSI

KONDUKSI

untuk lebih lengkapnya download di sini

tunggu 5 detik klik "SKIP AD" di pojok kanan atas ^_^

A.    Pengertian

Terdapat beberapa definisi konduksi, yaitu :

1.      Konduksi adalah proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel karena adanya selisih suhu.

2.      Konduksi adalah proses perpindahan kalor yang hanya diikuti perpindahan molekulnya, sedangkan materinya tidak ikut berpindah.

3.      Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu benda akibat interaksi molekular.

Dari kertiga definisi tersebut sebenarnya memiliki makna yang sama yaitu perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya. Penjalaran ini biasanya terjadi pada benda padat. Konduksi terjadi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Benda suhunya tinggi akan melepaskan kalor, sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor. Adapun sesuai dengan definisi yang ketiga, proses interaksi molekular adalah molekul-molekul pada reservoir panas (tandon kalor) memiliki energi yang lebih besar, yang kemudian dipindahkan melalui tumbukan kepada atom-atom pada ujung batang logam yang bersinggungan. Atom-atom pada batang logam ini kemudian mentransfer energi pada atom-atom di sebelahnya. Proses ini terus berlanjut, hingga akhirnya energi kalor berpindah ke reservoir dingin, dan baru berhenti setelah mencapai kesetimbangan termal.

Penjalaran panas ini diperikan oleh rumus matematika berikut:

T = C + (T₀ − C)e^kt

T adalah suhu, T₀ suhu awal, t waktu, C dan k adalah konstanta.

Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi.

Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas.

 

                                         T2                      T1           T1

                                                                                    Aliran kalor

                                                                        A

                                                              Dx

Bila T₂ dan T₁ dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan  mantap/tunak (stedy state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan perbedaan temperatur DT dan berbanding terbalik dengan lebar bidang.         

B.     Faktor yang Mempengaruhi

Kecepatan kalor berpindah dengan cara konduksi disebut laju kalor konduksi. Laju kalor konduksi melalui sebuah dinding bergantung pada lima faktor (besaran) yaitu :

1.      Beda suhu (∆T = T panas – T dingin) di antara kedua permukaan, satuannya  ºC atau Kelvin.

2.      Ketebalan dinding (d)/ panjang potongan (l) satuannya meter.

3.      Luas permukaan (A) satuannya meter.

4.      Konduktivitas termal zat (k) yaitu ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor (tergantung pad jenis batang) satuannya W/m.K.

5.      Sebanding dengan selang waktu lamanya kalor mengalir (∆t) satuannya sekon.

Dinyatakan dengan persamaan (sebagai hukum Fourier) sebagai berikut :

H = ∆Q = k.A.∆T  à H = Q

       ∆t      d atau l               t

H= Besarnya kalor yang melaui dinding selama selang waktu t (joule/sekon) atau (watt).

Berikut ini nilai konduktivitas termal beberapa benda yang diperoleh melalui percobaan.

Jenis benda	Konduktivitas Termal (k)
	J/m.s.Co	Kkal/m.s.Co
Perak	420	1000 x 10-4
Tembaga	380	920 x 10-4
Aluminium	200	500 x 10-4
Baja	40	110 x 10-4
Es	2	5 x 10-4
Kaca (biasa)	0,84	2 x 10-4
Bata	0,84	2 x 10-4
Air	0,56	1,4 x 10-4
Tubuh manusia	0,2	0,5 x 10-4
Kayu	0,08 – 0,16	0,2 x 10-4 – 0,4 x 10-4
Gabus	0,042	0,1 x 10-4
Wol	0,040	0,1 x 10-4
Busa	0,024	0,06 x 10-4
Udara	0,023	0,055 x 10-4

Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal yang kecil merupakan merupakan penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk).

Para insinyur biasanya menggunakan konsep tahanan termal (R = resistansi termal) untuk menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menghambat aliran kalor. Tahanan termal merupakan perbandingan antara ketebalan suatu bahan dengan konduktivitas termal bahan tersebut. Secara matematis bisa dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

R = tahanan alias hambatan termal      k = konduktivitas termal

l = ketebalan bahan

Pada umumnya zat padat merupakan konduktor termal yang baik, sedangkan zat cair dan zat gas merupakan konduktor termal yang buruk. Konduktor termal = penghantar panas alias kalor. Zat cair dan zat gas bisa disebut juga sebagai isolator termal terbaik. Isolator termal = penghambat panas alias kalor.

C.    Pembuktian

Sepotong besi dipanaskan pada salah satu ujungnya, dan ujung yang lainnya kita pegang. Tidak lama kemudian tangan akan merasakan panas. Hal ini disebabkan kalor atau panas dari api berpindah dari ujung besi yang dipanasi ke ujung besi yang dipegang. Pada perpindahan kalor ini tak ada bagian besi yang ikut berpindah.

Tujuan :

1.      Membuktikan bahwa kalor/panas dapat berpindah melalui cara konduksi.

2.      Mengetahui beberapa bahan sebagai konduktor panas yang baik.

Alat dan Bahan : Tripot, bunsen atau lampu spiritus, cakram konduksi, lilin

Tahapan Kegiatan :

1.      Ambil empat bagian lilin dan letakkan masing-masing di ujung logam pada cakram konduksi.

2.      Letakkan cakram konduksi di atas tripot.

3.      Panasi cakram konduksi tepat di antara sambungan keempat logam.

D.       Contoh Penerapan dalam Kehidupan Sehari- hari

1. Pemakaian ubin dan keramik

Ubin memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet. Karenanya ubin merupakan penghantar kalor yang bagus, sedangkan karpet merupakan pernghantar kalor yang buruk. Ketika kita menginjak karpet, kalor mengalir dari kaki menuju karpet. Hal ini terjadi karena suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu karpet. Karena karpet merupakan penghantar kalor yang buruk maka panas yang mengalir dari kaki kita menumpuk di permukaan karpet. Akibatnya permukaan karpet menjadi lebih hangat. Kaki pun terasa hangat.

Ketika kita menginjak ubin atau keramik, kalor mengalir dari kaki menuju ubin atau keramik. Karena ubin merupakan penghantar kalor yang baik maka panas yang mengalir dari kaki kita tidak tertahan di permukaan ubin. Kalor mengalir dengan lancar sehingga kaki kita terasa dingin.

Kalau kita tidur di atas ubin (tanpa alas), kita bisa sakit. Sebenarnya hal itu disebabkan karena banyak kalor atau panas dari tubuh yang mengalir menuju ubin. Kalor adalah energi yang berpindah. Ketika tubuh kehilangan banyak kalor, maka energi dalam tubuh berkurang. Hal ini yang membuat cepat sakit.

2. Penggunaan jendela dan pintu

Pada malam hari, suhu udara di luar rumah lebih rendah daripada suhu udara dalam rumah. Adanya perbedaan suhu udara ini bisa menyebabkan kalor mengalir keluar rumah sehingga biasanya pada malam hari kita menutup pintu atau jendela. Salah satu fungsi jendela atau pintu adalah menahan kalor agar tidak keluar rumah. Biasanya pintu atau jendela terbuat dari kayu. Konduktivitas termal kayu cukup kecil sehingga bisa berperan sebagai isolator. Fungsi lain dari jendela atau pintu adalah menahan udara. Udara yang terperangkap pada sisi dalam jendela atau pintu berfungsi sebagai isolator yang baik (penghambat kalor yang hendak keluar). Konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah melalui benda tersebut.

Pada malam hari yang dingin sebaiknya jangan suka buka pintu atau jendela kamar. Kalor dengan mengalir dari benda (atau tempat) yang bersuhu tinggi menuju benda (atau tempat) yang bersuhu rendah. Semakin banyak kalor yang keluar dari dalam rumah atau kamar, suhu udara dalam kamar menjadi rendah. Karena terdapat perbedaan suhu antara udara dalam kamar dengan tubuhmu, maka kalor akan kabur dari dalam tubuhmu menuju udara. Semakin banyak kalor yang kabur, semakin banyak energi yang terbuang percuma.

3. Pakaian

Pakaian juga berfungsi untuk menjaga suhu tubuh kita agar tetap stabil. Pakaian yang kita gunakan biasanya disesuaikan dengan suhu udara. Ketika suhu udara cukup rendah, pakaian yang kita gunakan lebih tebal. Selimut atau pakaian yang tebal membuat udara tidak bisa bergerak dengan lancar. Udara terperangkap di antara kulit dan jaket/selimut. Karena terdapat perbedaan suhu antara tubuh kita dan udara yang terperangkap, maka kalor mengalir dari tubuh menuju udara tersebut. Karena mendapat sumbangan kalor dari tubuh, suhu udara yang terperangkap meningkat (udara menjadi lebih hangat). Nilai konduktivitas termal (kemampuan menghantar kalor) udara sangat kecil. Karenanya, kalor tidak bisa keluar dari tubuh. Suhu tubuh kita pun tetap terjaga. Apabila kita tidak menggunakan jaket pada saat udara cukup dingin, kalor bisa keluar dari tubuh kita. Semakin banyak kalor yang keluar maka tubuh bisa kehilangan banyak energi.

4. Penggunaan jaket saat mengendarai sepeda motor

Tujuannya agar kalor tidak keluar dari dalam tubuh. Ketika kita mengendarai sepeda motor, tubuh kita bergerak. Udara juga ikut bergerak (udara yang bergerak = angin). Adanya angin membuat udara yang panas digantikan oleh udara yang lebih dingin. Akibatnya akan ada perbedaan suhu antara tubuh (suhu lebih tinggi) dengan udara (suhu lebih rendah). Jika kita tidak menggunakan jaket, maka kalor akan keluar dari tubuh.

5        Penggunaan alat-alat rumah tangga

         Dalam kehidupan sehari-hari kita dapat menjumpai peralatan rumah tangga yang prinsip kerjanya memanfaatkan konsep perpindahan kalor secara konduksi seperti setrika listrik, solder, panci logam, dan wajan. Alat-alat tersebut terdapat tegangan dari bahan isolator untuk menghambat konduksi panas supaya tidak sampai ke tangan kita.

DAFTAR PUSTAKA

Dr. Ir. Bob Foster , M. M. 2004. Terpadu Fisika SMA untuk kelas X. Jakarta: Erlangga.

Purwoko Fendi. 2009. Physics for Senior High School Year X. Jakarta: Yudhistira.

Teguh Sugiarto, Eny Ismawati. 2008. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/ MTS Kelas VII. Jakarta: Pusat Perbukuan, Depdiknas.

untuk lebih lengkapnya download di sini

tunggu 5 detik klik "SKIP AD" di pojok kanan atas ^_^

Posted in: Makalah