Contoh Soal Perpindahan Kalor Secara Konduksi Konveksi Dan Radiasi

Soal dan Penyelesaian Fisika –
Proses perpindahan kalor dapat dibagi menjadi 3 bagian, antara lain: konduksi, konveksi, dan radiasi.

A. PERPINDAHAN KALOR SECARA KONDUKSI

Proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel dinamakan konduksi.

Berdasarkan kemampuan menghantar kalor, zat dibagi atas dua golongan besar, yaitu
konduktordan
isolator
.

Konduktorialah zat yang mudah menghantar kalor dan

Isolator
ialah zat yang sukar menghantar kalor.
Laju rambatan kalor (P) pada konduksi dinyatakan oleh:\[P=\frac{Q}{t}=yard\frac{A\Delta T}{d}\]dimana:

1. ∆T,Beda suhu di antara kedua permukaan ∆T=T₂–T₁; makin besar beda suhu, makin besar perpindahan kalor.
2. d atau Fifty, Ketebalan atau panjang; makin tebal / panjang permukaan makin lambat perpindahan kalor.
3. A, Luas permukaan; makin luas permukaan, makin cepat perpindahan kalor.
4. k, Konduktivitas termal,ukuran kemampuan zat yang menghantarkan kalor, makin besar nilaik, makin cepat perpindahan kalor.

B. PERPINDAHAN KALOR SECARA KONVEKSI

Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian fluida lainnya oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan
konveksi.

Laju rambatan kalor Q/t ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi sebanding dengan luas permukaan benda
A
yang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu ∆T di antara benda dan fluida. Secara matematis ditulis \[P=\frac{Q}{t}=h.A.\Delta T\]dengan
h
adalah
koefisien konveksi.

C. PERPINDAHAN KALOR SECARA RADIASI

Perpindahan kalor secara radiasi juga dikenal dengan pancaran, yaitu perpindahan kalor tanpa medium perantara.

Radiasi sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann: \[P = e\sigma T^{four}A\]dengan: P = Daya yang diradiasikan (watt)
eastward = Emisivitas suatu benda
σ = Konstanta Stefan (5,6703 x ten^-viii
West/m²K^four).
A =Luas suatu benda yang memancarkan radiasi (m²)
T = Suhu mutlak (K)

Nilai emisivitas due east secara umum adalah 0 < e < i, tergantung warna benda. Benda yang berwarna hitam sempurna nilai e = 1, sedang untuk suatu benda yang warnanya putih sempurna nilai due east = 0.

D. SOAL DAN PENYELESAIAN PERPINDAHAN KALOR

Soal 1:Ketika laju aliran kalor per satuan luas dari selembar material isolasi dengan ketebalan 3,0 mm adalah eight,0 kWm^-2, penurunan suhu terjadi di antara ujung-ujung lembaran adalah 100 K. Hitung konduktivitas termal material tersebut.
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\P = \frac{kA\Delta T}{d}\\ \frac{P}{A} = \frac{k\Delta T}{d}\\ 8,0 10 ten^iii = \frac{thou(100)}{3.10^{-3}}\\ 1000 = 0,24 Wm^{-1}K^{-one}\]

---

Soal 2:Dua batang dengan panjang dan luas penampang sama tetapi terbuat dari bahan yang berbeda disambungkan seperti gambar. Konduktivitas termal Q adalah setengan dari P. Ujung bebas P pada 0C dan Q pada 100C. Suhu pada perbatasan saat keadaan setimbang adalah?

Jawaban Fisika Pak Dimpun:


diketahui
tebal P
= tebal Q, A_P
= A_Q, dan one thousand_Q
= ½
k
_P. maka:\[\\P_P=P_Q\\ \left ( yard\frac{A\Delta T}{d} \correct )_P=\left ( chiliad\frac{A\Delta T}{d} \correct )_Q\\\textrm{A dan d sama, maka:}\\ \left ( k{\Delta T} \right )_P=\left ( k\Delta T \correct )_Q\\ k_P(T-0) = k_Q(100-T)\\2k_QT = k_Q(100-T)\\2T = 100-T\\3T=100\\T=33,33K\]

---

Soal three:Sebuahlampu sorot memiliki lampu pijar 50 West yang berada dalam suatu kerudung logam yang bersuhu 60C saat suhu ruang 20C. Jika lampu fifty Due west diganti dengan lampu 75 W, berapakah suhu kerudung logamnya?
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
Karena luas A dan koefisien konveksi
h
adalah sama untuk lampu pijar, maka:\[\\P\approx \Delta T\\\frac{P_1}{P_2}=\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2} \\\frac{50}{75}=\frac{60-twenty}{T_2-20} \\\frac{one}{3}=\frac{twenty}{T_2-twenty} \\T_2-xx=60\\T_2=eighty^{o}C\]

---

Soal iv:Sebuah bola tembaga jari-jari 3,v cm dipanaskan dalam sebuah tungku perapian bersuhu 427C. Jika emisivitas bola 0,30, berapakah laju kalor yang dipancarkannya? (σ = 5,67 10 ten^-8
Wm^-2Yard^-four)
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
$\displaystyle \\A = \pi r^2 = \pi(3,5.ten^{-2})^2 \\ A= 38,5.10^{-4} m^two$
suhu

T
= (427 + 273) =700 K,dan emisivitas
e= 0,xxx,
maka laju aliran kalor:
$\displaystyle \minor {\\P = e\sigma AT^4\\ P = (0,30)( 5,67.10^{-8})(38,5.ten^{-4}(700)^4\\P = 16 W}$

---

Soal 5:Sepotong logam panjangnya 2 meter dengan luas penampang 5cmⁱⁱmemiliki perbedaan suhu diantara kedua ujungnya 100 One thousand. Jika konduktivitas termal logam tersebut 4,8 J/s.m.K, laju hantaran kalornya adalah…
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\P = \frac{kA\Delta T}{Fifty}\\P = \frac{4,8\times 5 . 10^{-iv}(100)}{2}\\P=ane,2\times 10^{-3}Js^{-one}\]

---

Soal 6:Sebuah plat baja dengan panjang 2 k dan lebar 0,5 yard suhunya 227 °C. Bila tetapan Boltzmann = 5,6703 x x^-8
W/m²K⁴
dan plat baja hitam sempurna, maka energi total yang dipancarkan setiap detik adalah…
A. 3345,57 J
B. 3345,75 J
C. 3543,75 J
D. 4533,75 J
E. 7087,5 J

Jawaban Fisika Pak Dimpun:
Energi total yang dipancarkan plat:
\[\\W = eastward . \sigma . A . T^4\\ W = i . 5,67 x x^{-eight} .1. (500)^iv\\ W = 3543,75 Joule\]

---

Soal seven:Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan tiap detik oleh benda hitam pada temperatur 300 M dan 900 K adalah…

A. ane : 3
B. 1 : 9
C. ane : 27
D. 1 : 81
Eastward. 1 : 243

Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\West = due east . \sigma . A . T^iv\\ \frac{W_1}{W_2}=\left ( \frac{T_1}{T_2} \correct )^4\\\frac{W_1}{W_2}=\left ( \frac{300}{900} \right )^iv\\\\\frac{W_1}{W_2}=\left ( \frac{1}{three} \right )^4=\frac{1}{81}\]

---

Soal eight:Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 chiliad²
dan suhunya 27 °C. Jika suhu disekelilingnya 127 °C maka energi yang dipancarkan benda tersebut adalah…

A. 567 W
B. 490 W
C. 256 W
D. 175 W
East. 81 Westward

Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\West = e . \sigma . A . (T_2^4-T_1^4)\\ W = 1 . 5,67 ten 10^{-8} . 0,5[(400)^4-(300)^4]\\ W = 490 \: Watt\]