Kelas X | Perpindahan Kalor: Konduksi

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Siapkan sebuah lilin dan sepotong kawat tipis. Pegang salah satu ujung kawat lalu sentuhkan ujung kawat lain ke nyala lilin. Tunggu selama beberapa saat hingga tanganmu kepanasan. Mengapa tanganmu terasa panas ? Ketika salah satu ujung kawat bersentuhan dengan nyala lilin, kalor berpindah dari nyala lilin (suhu tinggi) menuju ujung kawat tersebut (suhu rendah). Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang bersentuhan dengan api meningkat. Perbedaan suhu antara ujung kawat yang bersentuhan dengan nyala lilin dengan ujung kawat lainnya menyebabkan kalor berpindah dari ujung kawat yang bersentuhan dengan api menuju ujung kawat yang disentuh tangan. Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang disentuh meningkat. Kalor selanjutnya berpindah menuju tangan yang lebih dingin. Akibatnya tangan anda terasa panas.

Ketika salah satu bagian benda yang mempunyai suhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju bagian benda bersuhu rendah. Adanya tambahan energi menyebabkan atom dan molekul penyusun benda bergerak semakin cepat. Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik (EK = ½ mv²). Molekul-molekul yang bergerak lebih cepat (energi kinetiknya lebih besar) menumbuk molekul yang berada di sebelahnya. Molekul tadi menumbuk lagi molekul lain yang berada di sebelah. Demikian seterusnya. Jadi molekul-molekul saling bertumbukan, sambil  memindahkan energi. Perpindahan kalor yang terjadi melalui tumbukan antara molekul pernyusun benda dinamakan perpindahan kalor secara konduksi.

Rumus perpindahan kalor secara konduksi

Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T₁) sedangkan benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T₂). Karena adanya perbedaan suhu (T₁ – T₂), kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki luas penampang (A) dan panjang (l).

Berdasarkan hasil percobaan, kalor yang berpindah selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan suhu (T₁ – T₂), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan berbanding terbalik dengan panjang benda. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₁ = suhu tinggi, T₂ = suhu rendah, l = panjang benda.

Penerapan perpindahan kalor secara konduksi

Mengapa ubin terasa lebih sejuk daripada karpet ? Ubin memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet. Karenanya ubin merupakan penghantar kalor yang bagus, sedangkan karpet merupakan penghantar 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. Karpet merupakan penghantar kalor yang buruk karenanya kalor yang mengalir dari kaki kita menumpuk di permukaan karpet sehingga karpet menjadi lebih hangat. Ketika kita menginjak ubin atau keramik, kalor mengalir dari kaki menuju ubin atau keramik. Karena ubin merupakan penghantar kalor yang baik maka kalor tidak tertahan di permukaan ubin. Kalor mengalir dengan lancar sehingga kaki kita terasa dingin. Jika rumahmu berada di daerah dingin, sebaiknya alasi lantai kamarmu dengan karpet agar tubuhmu tidak kehilangan kalor. Sebaliknya, jika rumahmu berada di daerah panas, sebaiknya jangan alasi lantai kamarmu dengan karpet karena bukan kesejukan yang dirimu rasakan tapi kegerahan.

Tidur di lantai rumah tanpa alas dapat menyebabkan sakit. Mengapa? Hal ini disebabkan banyaknya kalor yang berpindah dari tubuh menuju lantai. Kalor adalah energi yang berpindah. Ketika tubuhmu kehilangan banyak kalor, maka energi di dalam tubuhmu berkurang. Jika kekurangan energi maka anda bisa sakit!

Apa fungsi jendela dan pintu ? Mengapa pintu dan jendela sebaiknya terbuat dari kayu ? Pada malam hari, suhu udara di luar rumah lebih rendah daripada suhu udara di dalam rumah. Adanya perbedaan suhu udara ini menyebabkan kalor berpindah dari dalam rumah ke luar rumah. Karenanya, biasanya pada malam hari kita menutup pintu atau jendela. Selain bertujuan menghalau penjahat, salah satu fungsi jendela atau pintu adalah menahan kalor agar tidak keluar dari dalam rumah. Biasanya pintu atau jendela terbuat dari kayu. Konduktivitas termal kayu cukup kecil sehingga bisa berperan sebagai isolator termal. 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 kabur). Konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah secara konduksi melalui benda tersebut.