Contoh Soal Perpindahan Kalor dan Pembahasan Lengkap
Pada kesempatan kali ini aku akan membahas pola soal perihal perpindahan kalor secara konduksi. Di sini Anda akan mencar ilmu cara menghitung laju perpindahan kalor, memilih suhu sambungan pada medium penghantar kalor yang mempunyai panjang yang sama, dan konduktivitas termal dari penghantar tersebut. Baik Langsung saja kita mulai.
Konduksi panas atau konduksi termal ialah perpindahan energi berupa kalor pada suatu penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi dari penghantar tersebut. Contoh perpindahan kalor secara konduksi ialah ketika kita mengaduk segelas kopi panas, maka ujung sendok yang mula-mula tidak panas usang kelamaan akan panas. Peristiwa ini dikenal dengan proses perpindahan energi berupa kalor secara konduksi.
Laju perpindahan kalor secara konduksi sanggup dihitung memakai persamaan berikut
Energi yang ditransferkan secara induksi melalui dua logam penghantar yang mempunyai suhu berbeda terjadi ketika kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada ketika kondisi Steady State, laju perpindahan energi melalui logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi melalui logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Keterangan:
H ialah Laju perpindahan kalor (J/s atau Watt)
Q ialah kalor (J atau Kal)
t ialah waktu (sekon)
k ialah konduktivitas termal (W/mK)
A ialah luas penampang (m^2)
∆T ialah perubahan suhu (°C atau K)
L ialah panjang logam penghantar (m)
1. Contoh Soal Perpindahan Kalor dan Pembahasan Lengkap
Sebuah Ruangan ber-AC mempunyai beling jendela yang luasnya ialah 1,5 m x 1,0 m dan tebalnya 2,5 mm. Suhu di dalam ruangan ialah 20 °C dan suhu di luar ruangan 32 °C. Hitunglah laju perpindahan kalor melalui beling kalau konduktivitas termal beling 0,8 W/mK?
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
A = 1,5 m x 1,0 m = 1,5 m^2
d = 2,5 mm = 2,5 . 10^-3 m
T1 = 20 °C
T2 = 32 °C
∆T = Suhu Tinggi – Suhu Rendah ; Karena T2 lebih tinggi dari pada T1, maka : ∆T = T2 – T1
k = 0,8 W/mK
Ditanya : Hitunglah laju perpindahan kalor melalui kaca?
Langkah 3 : Gunakan Konsep atau rumus yang sesuai
Karena proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpindahan materi beling maka kita gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi.
Langkah Terakhir substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, laju perpindahan kalor melalui beling kalau konduktivitas termal beling 0,8 W/mK ialah 5,76 . 10^3 J/s
2. Contoh Soal Perpindahan Kalor dan Pembahasan Lengkap
Es bersuhu 0 °C dan mempunyai massa 5 Kg diletakkan di atas sebuah watu berbentuk pelat dengan luas penampang 0,4 m^2 dan tebal 20 cm. Kemudian watu tersebut diletakkan di atas uap air bersuhu 120 0 °C. Jika diperlukan waktu 30 menit untuk Es tersebut mencair, maka tentukan konduktivitas termal watu tersebut? Diketahui kalor lebur es ialah 334400 J/kg.
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada pelat batu. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
A = 0,4 m^2
d = 20 cm = 0,2 m
T1 = 120 °C
T2 = 0 °C
t = 30 menit = 1800 s
M(es) = 5 Kg
L(es) = 334400 J/kg
Ditanya : Hitunglah konduktivitas termal watu tersebut ?
Langkah 3 : Gunakan Konsep atau rumus yang sesuai
Terlebih dahulu kita menghitung besarnya kalor yang diterima oleh Es dalam 30 menit untuk melebur
Jadi kalor yang diterima oleh Es untuk melebur dalam waktu 30 menit ialah 1,672 . 10^6 J. Karena 30 menit = 1800 detik, Artinya dalam 1 detik kalor yang diterima es adalah
Sehingga diperoleh laju kalor yang diterima oleh Es ialah 928,89 J/s. Laju kalor ini merupakan laju kalor yang dihantarkan oleh batu.
Karena proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpindahan materi watu maka kita gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi.
Ingat : ∆T = Suhu Tinggi – Suhu Rendah ; Karena T1 lebih tinggi dari pada T2, maka : ∆T = T1 – T2
Langkah Terakhir substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, konduktivitas termal watu tersebut ialah 3,87 J/ms°C.
3. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Logam
Dua batang penghantar mempunyai panjang dan luas yang sama di disambungkan menjadi satu menyerupai pada gambar di bawah ini. Diketahui koefisien termal batang penghantar kedua ialah 2 kali koefisien konduksi termal batang pertama.
Kemudian pada ujung batang pertama dipanaskan sehingga suhu pada batang pertama ialah 150 °C dan suhu pada batang kedua ialah 30 °C, maka tentukanlah suhu pada sambungan kedua batang penghantar?
Jawab :
Langka 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas
Penjelasan ∆T
- Karena suhu T1 > Ts artinya T1 suhunya lebih tinggi dari pada Ts; maka ∆T1 = T1 – Ts
- Suhu Ts > T2 artinya Ts suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T1 = Ts – T2
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
L1 = L2 (Panjangnya sama)
A1 = A2 (Luasnya sama)
k2 = 2 k1
T1 = 150 °C
T2 = 30 °C
Ditanya : tentukanlah suhu pada sambungan pada kedua batang penghantar?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam
Karena perpindahan kalor melalui penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi, maka proses perpindahan kalor ini merupakan insiden konduksi. Besarnya laju perpindahan kalor sanggup dihitung memakai rumus.
Energi yang ditransferkan secara induksi melalui dua logam penghantar yang mempunyai suhu berbeda terjadi ketika kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada ketika kondisi Steady State, laju perpindahan energi melalui logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi melalui logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Langkah terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui
A1 = A2 ; L1 = L2 dan k2 = 2 k1 maka kita sanggup mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
Jadi, suhu pada sambungan kedua batang penghantar ialah 70 °C
4. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Logam
Tiga batang konduktor P, Q dan R dari jenis berbeda dan mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambungkan menyerupai pada gambar berikut:
Jika suhu T1 = 30 °C dan T4 = 120 °C koefisien konduksi kp = 2 kq = 3 kr, maka suhu T2 dan T3 adalah
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Perhatikan Konduktor P dan Q
- Karena suhu T1 < T2 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T1; maka ∆T12 = T2 – T1
- Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
Perhatikan Konduktor Q dan R
- Karena Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
- Suhu T3 < T4 artinya T4 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T34 = T4 – T3
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Lp = Lq = Lr (Panjangnya sama)
Ap = Aq = Ar (Luasnya sama)
kp = 2 kq = 3 kr
2 kq = 3 kr maka kq = 3/2 kr = 1,5 kr
T1 = 30 °C
T4 = 120 °C
Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 dan T3?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam
Karena perpindahan kalor melalui penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi, maka proses perpindahan kalor ini merupakan insiden konduksi. Besarnya laju perpindahan kalor sanggup dihitung memakai rumus.
#Amati Konduktor P dan Q
Energi yang ditransferkan secara induksi melalui dua logam penghantar yang mempunyai suhu berbeda terjadi ketika kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada ketika kondisi Steady State, laju perpindahan energi melalui logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi melalui logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Substitusikan nilai yang diketahui
Ap = Aq ; Lp = Lq dan kp = 2 kq maka kita sanggup mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
#Amati Konduktor Q dan R
Energi yang ditransferkan secara induksi melalui dua logam penghantar yang mempunyai suhu berbeda terjadi ketika kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada ketika kondisi Steady State, laju perpindahan energi melalui logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi melalui logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Substitusikan nilai yang diketahui
Aq = Ar ; Lq = Lr dan kq = 1,5 kr ; maka kita sanggup mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
Langkah 4 : Eliminasi T2 pada persamaan 1 dan 2
Kurangi persamaan 1 dengan persamaan 2 maka diperoleh
Langkah Terakhir : Substitusi nilai T2 ke persamaan (1)
Jadi, diperoleh suhu sambungan T2 = 75 °C dan T3 = 165 °C, terlihat bahwa T2 < T3 hal ini sesuai dengan gambaran di atas dan sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Untuk Soal Selanjutnya Klik Next
Selamat Belajar
Itulah artikel perihal Contoh Soal Perpindahan Kalor Lengkap dengan Pembahasan Serta Konsep. supaya artikel ini sanggup bermanfaat untuk kita semua. terimakasih telah berkunjung, kalau Anda suka dengan artikel ini silahkan klik like dan share artikel ini bila perlu. Jika Anda tidak ingin ketinggalan updatetan artikel terbaru silahkan Follow blog ini dan selamat belajar.
