Perpindahan Kalor (Konveksi)

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Energi kalor dapat berpindah dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Hal ini sesuai dengan percobaan Black, jika dua benda yang panasnya berbeda saling bertemu, maka benda yang panasnya lebih tinggi akan memberikan sebagian panasnya kepada benda yang lebih dingin sehingga kedua benda itu mencapai suhu yang sama.

Dari percobaan Black menunjukan bahwa kalor dapat berpindah/merambat. Perpindahan kalor dapat melalui tiga cara, yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi (pancaran).

Radiasi

Gambar Radiasi Sinar Matahari

Sumber energi terbesar di bumi ini berasal dari matahari. Energi matahari dapat sampai ke bumi dalam bentuk pancaran cahaya. Pancaran cahaya semacam ini dinamakan radiasi. Jadi, yang dimaksud dengan radiasi adalah pancaran energi dari permukaan semua benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat tanpa memerlukan zat perantara (medium), seperti gelombang radio dan cahaya.

Radiasi dapat melalui ruang hampa, maka dari itu pancaran-pancaran energi matahari dapat sampai ke bumi. Hukum Stefan-Boltzman berbunyi energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan benda dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Secara matematis dapat dituliskan dengan persamaan:

Harga e bergantung dari warna permukaan benda. Untuk permukaan berwarna hitam sempurna e = 1, dan permukaan berwarna putih sempurna e = 0. Sehingga, nilai e sebesar: 0 ≤ e ≤ 1. Apabila suatu benda memiliki emisivitas e dan bersuhu T₁, seluruhnya dilingkupi oleh dinding yang bersuhu T₂, maka benda tersebut akan menyerap atau melepas energi tersebut sampai suhunya setimbang. 

Perpindahan Kalor (Konduksi)

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Energi kalor dapat berpindah dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Hal ini sesuai dengan percobaan Black, jika dua benda yang panasnya berbeda saling bertemu, maka benda yang panasnya lebih tinggi akan memberikan sebagian panasnya kepada benda yang lebih dingin sehingga kedua benda itu mencapai suhu yang sama.

Dari percobaan Black menunjukan bahwa kalor dapat berpindah/merambat. Perpindahan kalor dapat melalui tiga cara, yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi (pancaran).

Konduksi

Apabila sepotong logam salah satu ujungnya dipanasi dan ujung yang lain dipegang, maka pada ujung yang dipegang lama kelamaan akan menjadi panas. Padahal ujung ini tidak berhubungan langsung dengan api. Dalam hal ini kalor merambat dari ujung yang bersuhu tinggi ke ujung yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor yang semacam ini disebut dengan konduksi.

Gambar 1 Perpindahan Kalor secara Konduksi

Laju konduksi kalor melalui sebuah batang logam bergantung pada empat besaran, yaitu:

a.          Beda suhu di antara kedua ujung batang ΔT = T₁ – T₂; makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor.

b.         Panjang batang (l); makin panjang suatu batang, makin lambat perpindahan kalornya

c.          Luas permukaan (A); makin besar luas permukaan batang, makin cepat perpindahan kalornya

d.         Konduktivitas termal zat (k) merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

Berdasarkan penjelasan di atas, besarnya aliran kalor secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

Prinsip sambungan dua batang logam yang berbeda jenis

Dimana T₁ > T₂, Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Berdasarkan pada perambatan kalor secara konduksi, maka zat dapat digolongkan menjadi dua, yaitu zat yang dengan mudah dilalui/menghantarkan kalor dinamakan konduktor, contohnya besi, tembaga, aluminium sedangkan zat yang sulit dilalui kalor dinamakan isolator contohnya kayu, gabus, kain.

Tegangan, Regangan, dan Modulus Elastisitas

A.      Tegangan, Regangan, dan Modulus Elastisitas

Ada dua pengertian dasar dalam mempelajari sifat elastis benda padat, yaitu tegangan (stress) dan regangan (strain). Pembahasan mengenai keduanya diuraikan pada bagian berikut.

1.      Tegangan

Tegangan (stress) pada benda, didefinisikan sebagai gaya persatuan luas penampang benda tersebut. Tegangan diberi simbol  (dibaca sigma). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

2.      Regangan

Regangan ialah perubahan relatif ukuran atau bentuk benda yang mengalami tegangan. Atau dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara penambahan panjang benda  terhadap panjang mula-mula . Regangan dirumuskan sebagai berikut.

3.      Modulus Elastisitas (modulus Young)

Selama gaya F yang bekerja pada benda elastis tidak melampaui batas elastisitasnya, maka perbandingan antara tegangan (   ) dengan regangan (  ) adalah konstan. Bilangan (konstanta) tersebut dinamakan modulus elastis atau modulus Young (E). Jadi, modulus elastis atau modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami oleh suatu benda. Secara matematis ditulis seperti berikut.

dengan satuan E dalam N/m².

Nilai modulus Young untuk beberapa jenis bahan ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut.