Perpindahan kalor

 MATERI

1.      Kalor

Kalor merupakan suatu bentuk energy. Bila saat molekul-molekul benda bergerak saat di beri kalor dan ketika sumber kalor dihentikan maka pergerakan molekul benda berhenti. Proses perpindahan kalor yang demikian dapat disebut sebagai perpindahan kalor dengan cara konveksi. Rambatan kalor konveksi adalah rambatan kalor dan sumber kalor yang dihantarkan oleh pergerakan molekul-molekul benda yang dikalori. Energy kalor merupakan energy kinetic molekul-molekul benda. Semakian kalor gerakan molekul benda akan semakin cepat. Peristiwa konveksi dialam merupakan perambatan kalor melalui aliran gas atau cairan.

Selain itu kalor juga dapat didefinisikan sebagai berikut, “kalor adalah energy yang ditransfer dari suatu benda ke benda yang lainnya karena adanya perbedaan temperature”. Kalor itu semacam usaha mekanik pada konsep mekanika, yaitu sebagai energy yang ditransfer oleh gaya.

2.      Perpindahan Panas

Bila suatu sistem terdapat gradien suhu, atau bila dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi. Proses dimana transport energi itu berlangsung disebut Perpindahan Panas.

Ø  Cara-cara Perpindahan Panas

Perpindahan panas dapat didefenisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah – daerah tersebut. Aliran panas bersifat universal yang berkaitan dengan tarikan gravitasi. Secara umum ada tiga cara perpindahan panas yang berbeda yaitu : konduksi (conduction; dikenal dengan istilah hantaran), radiasi (radiation) dan konveksi (convection; dikenal dengan istilah ilian). Jika kita berbicara secara tepat, maka hanya konduksi dan radiasi dapat digolongkan sebagai proses perpindahan panas, karena hanya kedua mekanisme ini yang tergantung pada beda suhu. Sedang konveksi, tidak secara tepat memenuhi definisi perpindahan panas, karena untuk penyelenggaraanya bergantung pada transport massa mekanik pula. Tetapi karena konveksi juga menghasilkan pemindahan energi dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah, maka istilah “perpindahan panas dengan cara konveksi” telah diterima secara umum.

A. Konduksi

Konduksi merupakan perpindahan kalor pada suatu zat dimana molekul-molekul  zat tidak ikut berpindah. Zat yang mudah mengantarkan kalor disebut dengan konduktor panas. Zat yang sukar menghantar panas disebut isolator panas. Besarnya kalor yang dikonduksikan persatuan waktu dapat dinyatakan dengan persamaan :

Q/t = (K A DT)/L

Dimana K = konduktivitas termal.

Konduksi/Hantaran (Conduction) juga dapat diartikan sebagai proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium - medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar menurut teori kinetik. Suhu elemen suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata – rata molekul – molekul yang membentuk elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relative molekul – molekulnya disebut energi dalam. Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastic (elastic impact), misalnya dalam fluida atau dengan pembauran (difusi/diffusion) elektron – elektron yang bergerak secara cepat dari daerah yang bersuhu tinggi kedaerah yang bersuhu lebih rendah ( misalnya logam). Konduksi merupakan satu – satunya mekanisme dimana panas dapat mengalir

Dalam zat padat yang tidak tembus cahaya.

B. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang dibawa oleh molekul-molekul zat, atau terjadi perpindahan materi secara makroskopik. Aliran panas yang terjadi antara kulit dan lingkungan

Secara konveksi dapat ditulis dengan persamaan :

Q/t = 8,3 v0,5 (Ts – Ta)

Dimana : V = kecepatan angin (m/s)

Ta = temperatur udara

Ts = temperatur kulit

Persamaan ini diperoleh secara empiris dan dikenal sebagai Hk. Newton mengenai konveksi.

Konveksi/Ilian (Convection) juga dapat didefinisikan sebagai  proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat, cairan atau gas. Perpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung semata – mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka disebut konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida . Akibatnya studi perpindahan panas konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri – ciri aliran fluida.

C. Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tidak membutuhkan medium penghantar. Kalor dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada radiasi kalor jumlah kalor yang diradiasikan dapat dinyatakan dengan :

P = Q/t = s A e T4

Dimana :  S      = konstanta stepan-boltzman

           = 5,67 x 10-8 J/sm2k4

             E       = emisivitas

                                           Pnet = s A e ((T1)4 - (T2)4)

T1 = temperatur oleh benda yang memancarkan radiasi

T2 = temperatur lingkungan

Radiasi/Pancaran (Radiation) juga dapat diartikan sebagai proses dimana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah, bila benda – benda itu terpisah didalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa diantara benda – benda tersebut. Semua benda memancarkan panas radiasi secara terus menerus. Intensitas pancaran tergantung pada suhu dan sifat permukaan . Energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya (3x108 m/s) dan gejala – gejalanya menyerupai radiasi cahaya. Menurut teori elektromagnetik, radiasi cahaya dan radiasi termal hanya berbeda dalam panjang gelombang masing – masing.

Selain konduksi, konveksi dan radiasi ada juga cara perpindahan panas yang lain yaitu evoporasi. Evaporasi ( Evaporation) merupakan peralihan panas dari bentuk cairan menjadi uap. Manusia kehilangan sekitar 9 x 103 kal/gram melalui penguapan paru-paru.

Kehilangan panas lewat evaporasi dapat terjadi bila :

Ø  Perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit dan Udara

Ø  Temperatur lingkungan rendah dari normal sehingga evavorasi dari keringat dapat terjadi dan dapat menghilangkan panas dari tubuh, dan itu dapat terjadi apabila temperatur basah kering dibawah temperature kulit.

Ø  Adanya gerakan angin

Ø  Adanya kelembaban.

Dengan demikian kehilangan panas melalui evaporasi melewati kulit dapat ditulis dengan persamaan :

P/A(mak) = 13,7 – v0,5 (Pkulit – Pudara).

Dimana : V = kecepatan angin (m/s)

Pkulit = tekanan uap air pada kulit dalam millibar

Pudara= tekanan uap air pada udara dalam millibar

Jika udara kering maka evaporasi perspirasi adalah sedang dan rata-rata seimbang yang besarnya:  P/A(evaporasi) = 580 QH2O cal/gr

3.      Perubahan Materi

Setiap materi di alam ini selalu berubah. Materi tak pernah diam; tidak terkecuali diri termasuk di dalam diri kita.

Contoh perubahan pada materi:

Pertumbuhan, pergerakan, pembelahan, penguapan, pencernaan, pembakaran, perkaratan, pelapukan, pembusukan, dst.

Sesungguhnya, perubahan materi melibatkan perubahan sifat dari materi itu sendiri. Perubahan sifat ini ada yang hanya melibatkan perubahan sifat fisisnya saja, dan ada pula yang melibatkan perubahan sifat kimianya. Biasanya perubahan sifat kimia selalu melibatkan perubahan sifat fisis dari materi itu. Energilah penyebab materi berubah. Materi selalu mengandung energi; materi berubah maka berubah pula kandungan energinya. Pembebasan energi menyebabkan kandungan energi dari materi asal berkurang; sementara penyerapan energi menyebabkan materi asal bertambah kandungan energinya. Oleh karena itu sering dikatakan bahwa perubahan materi selalu disertai dengan perubahan energi.

1)      Perubahan Fisis

Salah satu bentuk energi penyebab suatu materi berubah ialah energi panas. Pemanasan dapat menyebabkan lilin meleleh; air menguap; kamper (kapur barus) dan iodium menyublim; dll. Energi mekanik dapat mengubah batang pohon menjadi papan atau balok kayu. Energi cahaya membuat materi di sekeliling kita berwarna, dan tiada cahaya semua materi berwarna hitam.

Peristiwa-peristiwa di atas merupakan contoh perubahan materi yang melibatkan perubahan sifat fisis materi itu pada wujud, bentuk, atau warnanya. Lelehan lilin ketika membeku akan diperoleh kembali lilin; uap air jika diembunkan akan diperoleh kembali air yang sifat sama dengan air semula; begitu juga uap kamper akan menyublim menjadi padatan kamper. Perubahan materi yang hanya melibatkan perubahan pada sifat fisis suatu materi dinamakan perubahan fisis. Dapat dinyatakan bahwa ciri umum dari perubahan fisis adalah perubahan yang tidak menghasilkan zat baru dan perubahannya bersifat sementara (zat asal dapat diperoleh kembali).

Perubahan fisis dapat diterapkan sebagai teknik pemisahan campuran menjadi komponennya. Air akan menguap bila dipanaskan, maka untuk memperoleh air murni dari air keruh adalah dengan cara pendidihan dan pengembunan. Contoh lain, untuk memperoleh iodium murni dapat menerapkan teknik penyubliman terhadap iodium kotor. Teknik pemisahan fisis bergantung pada sifat fisis komponen penyusun campuran.

2)      Perubahan Kimia

Bila kita memanaskan kayu, maka suhunya akan naik; dan bila suhu ini sampai pada titik bakarnya, maka kayu itu akan terbakar dengan sendirinya. Contoh lain perubahan kimia pada materi di alam sekitar kita adalah besi menjadi karat besi, kayu menjadi kayu lapuk, daun hijau berubah menguning, buah-buahan membusuk, dsb.

Jadi dapat dinyatakan bahwa perubahan kimia menyebabkan materi asal berubah menjadi materi baru. Perubahan yang menyebabkan terbentuknya materi baru, atau perubahan materi yang melibatkan perubahan sifat materi secara kekal disebut sebagai perubahan kimia.

Dari uraian di atas, perbedaan pokok antara perubahan fisis dan perubahan kimia dapat diikhtisarkan menurut Tabel di bawah ini.

Tabel Perbedaan Perubahan Fisis Terhadap Perubahan Kimia

No.	Perubahan Fisis	Perubahan Kimia
1.	Hanya melibatkan perubahan pada sifat fisis materi	Melibatkan perubahan baik pada sifat kimia maupun sifat fisis materi
2.	Bersifat sementara	Bersifat kekal
3.	Tidak menyebabkan terbentuknya materi baru	Menyebabkan terbentuknya materi baru

DAFTAR PUSTAKA

Anonym._ . Perpindahan Kalor. Diunduh dari http://eprints.uny.ac.id pada tanggal 14 November 2013 pukul 20.00 WIB.

                

Petrucci, Ralph H.1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 2. Erlangga: Jakarta.

Syerly Klara. 2008. Peningkatan Keaktifan Mahasiswa Dengan Penerapan Metode Student Centre Learning Pada Mata Kuliah Penerapan Panas. Diunduh dari http://www.unhas.ac.id/lkpp/Perpindahan.pdf   pada tanggal 14 November 2013 pukul 19.30 WIB.

Syukri S, 1999. Kimia Dasar 2. ITB: Bandung

Wayan Supardi. 2012. Perpindahan Kalor. Diunduh dari http://wayansupardi.files.wordpress.com/2012/09/microsoft-powerpoint-transfer-panas-read-only-compatibility-mode.pdf pukul 20.00 WIB.

Zulfikar. 2010. Perubahan Fisika Dan Kimia. Diunduh dari http://www.chem-is-try.org/ pada tanggal 18 November 2013 pukul 21.00 WIB.