Makalah Perpindahan Kalor I

 

MAKALAH PERPINDAHAN KALOR I CARA PERPINDAHAN KALOR 

OLEH :

YOGI SOLID SIANIPAR  18205003

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULT AKULTAS AS TEK TEKNIK  NIK  UNIVERSITAS NEGERI MANADO 2019

 

1. Penge Pengert rtian ian Perpi Perpinda ndahan han Kalor Kalor

Perpin Per pindah dahan an Kalor Kalor adalah adalah bentuk bentuk kalor kalor yang yang dapat dapat berpin berpindah dah dari dari benda benda yang yang  bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Sedangkan kalor ini merupakan suatu bentuk energi atau dapat juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang ada dalam suatu benda.

A.  Kalor

Jika dua buah benda,yang salah satu benda mula-mula lebih panas dari pada  benda yang lain,saling bersentuhan,maka bers entuhan,maka suhu kedua benda tersebut akan sama setelah waktu yang cukup lama. Benda yang bersuhu tinggi member energi ke benda yang  bersuhu rendah. Energi yang diberikan karena perbedaan suhu antara dua buah benda disebu dis ebutt kalor . Jadi, kalor merupakan bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda berse bersentuhan. ntuhan.

Satuan kalor menurut SI SI atau MKS yaitu joule ( J ) sedang menurut cgs yaitu erg adapun untuk jenis makanan yaitu kalori. 1 kalori = 4,2 joule ; 1 joule = 0,24 kalori 1 kkal (kilokalori) = 1000 kal ( kalori ) = 4200 joule = 4,2 kj (kilojoule)

B. 

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

 

Jikaa kita Jik kita memana memanaskan skan suatu zat maka maka jumlah jumlah kalor kalor yang yang diperlu diperlukan kan untuk  untuk  menaikkan suhu zat tersebut tergantung berapa jumlah massa air,zat,dan air,zat,dan nilai kenaikan  suhu zat  tersebut.   tersebut. Secara umum jika kita memanaskan suatu zat tertentu maka jumlah kalor yang diperlukan akan sebanding dengan massa mass a dan kenaikan suhunya. bahwa jenis zat sangat sangat menent menentuka ukan n jumlah jumlah kalor kalor yang yang diperl diperluka ukan n untuk untuk menaikk menaikkan an suhu suhu zat tersebut. Ketergantung tersebut.  Ketergantungan an jumlah yang diperlukan untuk menaikkan ssuhu uhu terhadap jenis  zat disebut dengan istilah kalor jenis yang diberi diberi simbol dengan c.

Kalor jenis (c) adalah jumlah panas yang harus ditambahkan atau dihilangkan  pada satu satuan massa zat itu untuk mengubah temperature 1 .

Persamaan kalor yaitu : Q = m c ∆T Keterangan : Q = banyaknya kalor satuan joule (J) c = kalor jenis zat satuan J / kg °C m = massa zat satuan kg ∆ T = perubahan suhu suhu satuan °C Hal-ha Hal -hall berken berkenaan aan mengen mengenai ai ber berbag bagai ai per peristi istiwa wa tentang tentang perpin perpindah dahan an kalor  kalor   beserta cara perpindahannya. Dan pemecahan dalam berbagai masalah yang berkaitan dengan perpindahan kalor beserta contoh dalam kehidupan sehari-hari.

Satu Kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 Kg air sebesar 1oC. Zat yang berbeda (dengan massa zat yang sama, misalnya 1 Kg) memerlu mem erlukan kan kuanti kuantitas tas kalor kalor yang yang berbed berbedaa untuk untuk menaik menaikkan kan suhuny suhunyaa sebesar sebesar 1 oC . Secara umum,kalor jenis zat merupakan fungsi suhu zat tersebut meskipun variasinya cukup kecil terhadap variasi suhu. Sebagai contoh, dalam rentang suhu 0 oC – 100oC, kalor jenis air berubah kurang dari 1% dari nilainya sebesar 1,00 cal/gr oC pada 15oC. Jumlah kalor yang diperlukan untuk men menaikkan aikkan suhu yang sama dari suatu benda tentu saja berada dibandingkan dengan benda lain. Perbandingan antara jumlah kalor yang

 

diberikan dengan kenaikan suhu suatu benda disebut dengan kapasitas kalor dan diberi simbol dengan C.

Kapasitas kalor ( C )   adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

seluruh benda sebesar satu derajat. Kapasitas kalor dinyatakan dalam J K -1 atau J (oC)-1. Rumus :

Q = C ∆T 

Keterangan :  

C = kapasitas kalor zat, (J/K atau J/oC atau kal/oC)

 

Q = jumlah = jumlah kalor yang diberikan pada zat (joule (J) atau kal)

 

 ∆T = perubahan suhu zat, (K atau oC)

Untuk menentukan kalor jenis zat dapat digunakan alat yang disebut kalorimeter.  

Hubu Hubung ngan an an anta tara ra ka kapa pasit sitas as ka kalo lorr C de deng ngan an ka kalo lorr jenis jenis c suat suatu u zat da dapa patt

diperoleh dengan Rumus :

Keterangan : C = kapasitas kalor zat, (J/K atau J/oC atau kal/oC) c = kalor jenis zat satuan J / kg °C m = massa zat satuan kg

C.

Kalor Laten dan Perubahan Wujud

Sebuah Sebua h benda dapat berubah berubah wujud ketika suhunya dinaikkan atau diturunkan diturunkan.. Apabila suatu zat padat,misalnya es,dipanaskan,ia akan menyerap kalor dan berubah wujud wuj ud menjad menjadii zat cair. cair. Peruba Perubahan han wujud zat dari dari padat padat menjad menjadii cair cair ini disebu disebutt melebur. Suhu zat yang mengalami peleburan disebut titik lebur zat. Kejadian yang

sebaliknya adalah membeku,yaitu perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Suhu di mana zat mengalami pembekuan disebut titik beku.

Jika zat cair ini kita panaskan terus akan menguap dan berubah wujud menjadi gas. Perubahan wujud zat dari cair menjadi uap (gas) disebut menguap. Pada peristiwa

 

 penguapan dibutuhkan kalor. Hal ini dapat kita buktikan, ketika kita mencelupkan jari tangan kita ke dalam cairan spiritus atau alcohol. Spiritus atau alcohol adalah zat cair  yang mudah menguap, untuk melakukan penguapan ini,spiritus atau alcohol menyerap  panas dari jari kita,sehingga jari tangan kita terasa dingin. Peristiwa lain yang memperl mem perlihat ihatkan kan bahwa bahwa proses proses pengua penguapan pan membut membutuhk uhkan an kalor kalor adalah adalah mendid mendidih. ih. Menguap hanya terjadi pada permukaan zat cair dan dapat terjadi pada sembarang suhu,sedangkan mendidih terjadi pada seluruh bagian zat cair dan hanya terjadi pada su suhu hu terte tertent ntu u ya yang ng dise disebu butt titik titik didi didih. h. Pr Pros oses es ke keba balik likan an da dari ri meng mengua uap p ad adala alah h mengembun, yaitu perubahan wujud dari uap menjadi cair.

Keti Ke tika ka se seda dang ng beru beruba bah h

wuju wujud, d,ba baik ik mele melebu burr,

memb membek eku, u, meng mengua uap p

da dan n

mengem men gembun bun,, suhu suhu tet tetap, ap, walaupu walaupun n ada pelepa pelepasan san atau atau penyer penyerapa apan n kalor kalor.. Dengan Dengan demikian, ada sejumlah kalor yang dilepaskan atau diserap pada saat perubahaan wujud zat, tetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu. Kalor semacan ini disebut kalor laten dan laten dan disimbolkan dengan huruf L huruf L.. Besar kalor ini ternyata bergantung  juga pada jumlah zat yang mengalami perubahan wujud (massa benda). Jadi,kalor J adi,kalor laten adalah kalor yang dibut dibutuhkan uhkan oleh suatu benda benda untuk untuk mengubah mengubah wujudnya wujudnya per satuan massa. Dengan demikian, dapat dirumuskan bahwa :  

Q = mL

Kalor laten beku besarnya sama dengan kalor laten lebur dan biasanya disebut dengan kalor lebur . Kalor lebur es L es  L f   pada suhu dan tekanan normal normal sebesar 334 kJ/kg. kJ/kg. Kalor  laten uap besarnya sama dengan dengan kalor laten embun dan biasanya disebut dengan kalor  uap.. Kalor uap air L uap air Lv, pada suhu dan tekanan normal sebesar 2256 kJ/kg.

2. Asas Bl Black 

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju  benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan : Q lepas = Q terima

 

Yang melepas kalor adalah adala h benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah  benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh diperoleh : Q lepas = Q terima m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)  jika menggunakan asas Black pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan. 3.

Perpindahan Kalor

Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Ada 3 cara perpin perpindah dahan an kalor kalor : 1. Konvek Konveksi si (aliran (aliran), ), 2. Konduk Konduksi si (hanta (hantaran ran), ), 3. Radiasi Radiasi (pancaran).

1. Konv Konvek eksi si (ali (alira ran) n)

Adalah proses dimana panas dipindahkan oleh gerak masa molekul – molekul dari suatu tempat ke tempat yang lain. Konveksi hanya terjadi pada zat yang dapat mengalir  (fluida) yaitu zat cair dan gas. Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi  paksa. Padaa konvek Pad konveksi si alami, alami, perger pergeraka akan n fluida fluida terjadi terjadi akibat akibat perbed perbedaan aan massa massa jenis. jenis. Pada Pada konveksi paksa, fluida yang telah dipanaskan langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Konveksi alami terjadi misalnya pada system ventilasi rumah, terjadinya angin darat dan angin laut, dan aliran asap pada cerobong

 

asap pabrik. Konveksi paksa misalnya terjadi pada system pendingin mesin pada mobil, alat pengering rambut, dan pada reactor pembangkit tenaga nuklir. nuklir. Sedangkan Sedan gkan contoh konveksi konveksi secara umum yaitu es batu yang mencair dalam air panas. Panas dari air panas berpindah ke es batu. Panas berpindah bersama mengalirnya air   panas ke es batu. Panas tersebut menyebabkan es batu meleleh.   Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda ( A) yang  A) yang bersentuhan, koefisien konveksi (h) (h),, waktu (t), (t), dan beda suhu (∆T) (∆T)   antara  benda dengan fluida. Banyaknya kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut :

   

 P = Q / t   atau P = h A ∆T  Nilai h adalah koefisien konveksi yang diperoleh secara percobaan dan tergantung

 pada bentuk dan arah benda.

2. Kond Konduk uksi si (han (hanta tara ran) n)

Konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara  permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi hanya dengan menyentuh atau menghu men ghubun bungka gkan n permuk permukaan aan-pe -permu rmukaa kaan n yang yang mengan mengandun dung g panas. panas. Setiap Setiap benda benda mempunyai mempu nyai konduktiv konduktivitas itas termal (kemampuan (kemampuan mengalirkan mengalirkan panas) tertentu tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat ia mengalirkan  panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain.Misalnya perpindahan kalor dari  bagian sendok yang terendam dalam air panas ke ujung sendok yang di pegang tanpa disertai perpindahan partikel

 

 Hantaran benda terhadap panas  panas  

 Konduktor 1.

Konduktor adalah benda-benda yang dapat menghantarkan panas.

2.

Bahan yang dapat digunakan untuk penghantar panas adalah logam dan kaca.

3.

Macam-macam logam antara lain aluminium, besi, baja, perak dan kuningan.

  4.

Sedangkan kaca yang tahan panas adalah pyrex adalah pyrex.. Alumin Aluminium ium adal adalah ah jenis jenis logam logam pengh penghanta antarr yang yang paling paling coco cocok k untuk untuk bahan bahan

membuat alat masak seperti penggorengan, panci dst.

 Isolator 1. 2.     

Isolator adalah benda-benda yang tidak dapat menghantarkan panas. Macam-macam isolator yaitu: Kayu, dimanfaatkan untuk membuat peralatan dapur misalnya sendok nasi. Plastik, dimanfaatkan untuk membuat peralatan dapur misalnya gelas dan piring Kain, digunakan untuk bahan alat atau serbet Styrofom, digunakan untuk mengemas makan makan dan minuman hangat. Ebonit, digunakan u untuk ntuk pegangan agar tidak cepat panas, misalnya pegangan ceret

dan  pamci.  Karet, biasanya dicampur dengan bahan plastik, misalnya pada pegangan seterika.  Laju kalor konduksi Laju kalor konduksi sebanding dengan luas permukaan benda, sebanding dengan beda suhu antara kedua ujung benda dan berbanding terbalik dengan ketebalan dinding. Dapat ditulis dengan rumus: Dengan k adalah konduktivitas termal zat.

3. 

Radiasi

Merupak Meru pakan an proses proses terjadi terjadinya nya perpin perpindah dahan an panas panas (kalor (kalor)) tanpa tanpa menggu menggunak nakan an zat  perantara. Perpindahan kalor secara radiasi tidak membutuhkan zat perantara,

 

contohnya anda bisa melihat bagaimana matahari memancarkan panas ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh anda. Kalor dapat di radiasikan melalui bentuk  gelombang gelom bang cahaya, gelombang gelombang radio dan gelombang elektromagnetik elektromagnetik.. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat anda menyalakan api unggun, anda berada di dekat api unggun tersebut dan anda akan merasakan hangat. Satu lagi, pernahkah anda berjalan di atas aspal tanpa menggunakan alas kaki di siang hari? Menurut anda apa yang membuat aspal tersebut terasa panas saat siang hari? karena mendapat radiasi panas dari matahari dan Permukaan hitam dan kusam adalah penyerap dan pemancar radiasi yang baik,

 

Laju pemancaran pemancaran kalor oleh permukaan permukaan hitam, hitam, menuru menurutt Stefan Stefan dinyatakan dinyatakan sebagai sebagai

 berikut.  Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam sempurna dalam bentuk  radiasi kalor tiap satuan waktu, tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat  empat suhu mutlak permukaan itu.

 

Secara matematis, laju kalor radiasi ditulis dengan persamaan :

  Dengan σ adalah konstanta. Stefan Boltzmann dengan nilai 5,67 x 10 -8  W/m2K 4. Persamaan tersebut berlaku untuk benda dengan permukaan hitam sempurna. Untuk  setiap permukaan dengan emisivitas e = (0 ≤ e ≤ 1) memiliki nilai diantara 0 dan 1. Sedangkan benda penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna, yaitu benda hitam sempurna sempur na nilai e = 1. dan Untuk benda pemantul sempurna atau benda putih (penyerap  paling buruk) nilai e = 0.