Perpindahan Kalor
Perpindahan Kalor
Fisika SMA — Konduksi, Konveksi, Radiasi, Aplikasi Perpindahan Kalor, dan Soal Literasi
Daftar Isi
Apersepsi
Bayangkan situasi ini:
"Waktu kalian membantu ibu memasak dan tidak sengaja menyentuh gagang panci yang terbuat dari besi saat airnya sudah mendidih."
Pertanyaan Apersepsi:
"Apa yang kalian rasakan? Mengapa gagang itu ikut terasa panas padahal yang terkena api hanya bagian bawah panci?"
Gagang panci ikut terasa panas karena terjadi perpindahan kalor secara konduksi (hantaran). Kalor atau panas dari api berpindah melalui dinding panci yang terbuat dari bahan logam (konduktor) hingga mencapai gagang panci, meskipun gagangnya tidak terkena api secara langsung.
"Waktu kalian membantu ibu memasak dan tidak sengaja menyentuh gagang panci yang terbuat dari besi saat airnya sudah mendidih."
Pertanyaan Apersepsi:
"Apa yang kalian rasakan? Mengapa gagang itu ikut terasa panas padahal yang terkena api hanya bagian bawah panci?"
📖 LIHAT JAWABAN
✖ Tutup Jawaban
Gagang panci ikut terasa panas karena terjadi perpindahan kalor secara konduksi (hantaran). Kalor atau panas dari api berpindah melalui dinding panci yang terbuat dari bahan logam (konduktor) hingga mencapai gagang panci, meskipun gagangnya tidak terkena api secara langsung.
A. Konduksi
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu memegang sendok logam yang ujungnya dipanaskan di atas api, lama-kelamaan gagang sendok akan terasa panas. Kalor berpindah melalui sendok tanpa disertai perpindahan partikel — inilah yang disebut konduksi."
"Saat kamu memegang sendok logam yang ujungnya dipanaskan di atas api, lama-kelamaan gagang sendok akan terasa panas. Kalor berpindah melalui sendok tanpa disertai perpindahan partikel — inilah yang disebut konduksi."
Definisi Konduksi:
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa perpindahan partikel zat tersebut. Konduksi terjadi karena getaran partikel yang saling bertumbukan.
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa perpindahan partikel zat tersebut. Konduksi terjadi karena getaran partikel yang saling bertumbukan.
\[
\frac{Q}{t} = k \times A \times \frac{\Delta T}{L}
\]
- \(Q/t\) = laju perpindahan kalor (J/s atau W)
- \(k\) = koefisien konduktivitas termal (W/m°C)
- \(A\) = luas penampang (m²)
- \(\Delta T\) = perbedaan suhu (°C)
- \(L\) = panjang benda (m)
Konduktivitas Termal Beberapa Zat:
Semakin besar nilai \(k\), semakin baik zat menghantarkan kalor.
| Zat | Konduktivitas (W/m°C) |
| Logam (besi, tembaga) | ~50 - 400 |
| Kayu | ~0,1 - 0,2 |
| Kaca | ~0,8 - 1,0 |
| Udara | ~0,024 |
Semakin besar nilai \(k\), semakin baik zat menghantarkan kalor.
Penerapan Konduksi dalam Kehidupan Sehari-hari
Sendok Logam
Sendok logam terasa panas saat digunakan memasak
Dinding Rumah
Dinding terasa panas saat siang hari
Panci / Wajan
Panci logam menghantarkan panas ke makanan
Setrika
Setrika memanaskan pakaian melalui konduksi
Termometer
Kalor dari tubuh mengalir ke termometer
Heat Sink
Menghantarkan panas dari komponen elektronik
B. Konveksi
Pernahkah kamu memperhatikan air mendidih?
"Saat air dalam panci dipanaskan, air di bagian bawah menjadi panas dan naik ke atas, sedangkan air di bagian atas yang lebih dingin turun ke bawah. Terjadi arus konveksi — perpindahan kalor disertai perpindahan partikel."
"Saat air dalam panci dipanaskan, air di bagian bawah menjadi panas dan naik ke atas, sedangkan air di bagian atas yang lebih dingin turun ke bawah. Terjadi arus konveksi — perpindahan kalor disertai perpindahan partikel."
Definisi Konveksi:
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel zat (medium). Konveksi terjadi pada zat cair dan gas.
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel zat (medium). Konveksi terjadi pada zat cair dan gas.
Jenis Konveksi:
- Konveksi Alami: terjadi karena perbedaan massa jenis (air mendidih, angin laut)
- Konveksi Paksa: terjadi karena bantuan alat (kipas angin, pompa air)
Penerapan Konveksi dalam Kehidupan Sehari-hari
Air Mendidih
Air panas naik, air dingin turun (arus konveksi)
Angin Darat & Laut
Perbedaan suhu darat dan laut menimbulkan angin
Kipas Angin
Menggerakkan udara (konveksi paksa)
Sirkulasi Udara Ruangan
Udara panas naik ke langit-langit
Radiator Mobil
Air radiator bersirkulasi
Hujan
Uap air naik, mengembun, dan turun sebagai hujan
C. Radiasi
Pernahkah kamu merasakan panas matahari?
"Cahaya matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa medium. Perpindahan kalor ini disebut radiasi — perpindahan kalor tanpa memerlukan medium perantara."
"Cahaya matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa medium. Perpindahan kalor ini disebut radiasi — perpindahan kalor tanpa memerlukan medium perantara."
Definisi Radiasi:
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium perantara, melalui gelombang elektromagnetik.
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium perantara, melalui gelombang elektromagnetik.
\[
P = e \times \sigma \times A \times T^4
\]
- \(P\) = daya radiasi (W)
- \(e\) = emisivitas (0 - 1)
- \(\sigma = 5,67 \times 10^{-8}\) W/m²K⁴ (konstanta Stefan-Boltzmann)
- \(A\) = luas permukaan (m²)
- \(T\) = suhu mutlak (K)
Penerapan Radiasi dalam Kehidupan Sehari-hari
Matahari
Panas matahari sampai ke bumi melalui radiasi
Api Unggun
Panas dari api terasa meskipun tidak menyentuh
Lampu Pijar
Panas dan cahaya dari lampu
Microwave
Memasak makanan dengan gelombang mikro
Termometer Inframerah
Mengukur suhu tanpa kontak
Pemanas Ruangan
Menghangatkan ruangan dengan radiasi
D. Aplikasi Perpindahan Kalor
Termos
- Dinding ganda (ruang hampa) → mengurangi konduksi & konveksi
- Dinding mengkilap → mengurangi radiasi
- Tutup rapat → mengurangi konveksi
Insulasi Rumah
- Styrofoam/glasswool → konduktor buruk
- Ruang udara → mengurangi konveksi
- Cat putih → memantulkan radiasi
Panel Surya
- Menyerap radiasi matahari
- Mengubah energi radiasi menjadi energi listrik/panas
Radiator Mobil
- Konduksi: panas mesin ke air
- Konveksi: air bersirkulasi
- Radiasi: panas dilepas ke lingkungan
E. Contoh Soal Literasi
Literasi:
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep perpindahan kalor dalam kehidupan nyata.
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep perpindahan kalor dalam kehidupan nyata.
Soal Literasi 1 (Konduksi - Sendok Logam)
Cerita:
Sebuah sendok logam dengan panjang 20 cm digunakan untuk mengaduk kopi panas. Ujung sendok yang tercelup kopi bersuhu 80°C, sedangkan gagang sendok bersuhu 30°C. Luas penampang sendok = \(2 \times 10^{-4}\) m² dan konduktivitas termal logam = 400 W/m°C.
Berapa laju perpindahan kalor melalui sendok?
Sebuah sendok logam dengan panjang 20 cm digunakan untuk mengaduk kopi panas. Ujung sendok yang tercelup kopi bersuhu 80°C, sedangkan gagang sendok bersuhu 30°C. Luas penampang sendok = \(2 \times 10^{-4}\) m² dan konduktivitas termal logam = 400 W/m°C.
Berapa laju perpindahan kalor melalui sendok?
W
Jawaban Benar:
\(Q/t = 20\) W
Penyelesaian:
\(\frac{Q}{t} = k \times A \times \frac{\Delta T}{L}\)
\(\frac{Q}{t} = 400 \times 2 \times 10^{-4} \times \frac{80 - 30}{0,2}\)
\(\frac{Q}{t} = 400 \times 2 \times 10^{-4} \times 250 = 20\) W
\(Q/t = 20\) W
Penyelesaian:
\(\frac{Q}{t} = k \times A \times \frac{\Delta T}{L}\)
\(\frac{Q}{t} = 400 \times 2 \times 10^{-4} \times \frac{80 - 30}{0,2}\)
\(\frac{Q}{t} = 400 \times 2 \times 10^{-4} \times 250 = 20\) W
Soal Literasi 2 (Radiasi - Matahari)
Cerita:
Sebuah panel surya dengan luas 2 m² menerima radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari = 1.000 W/m². Efisiensi panel surya = 15%.
Berapa daya listrik yang dihasilkan panel surya?
Sebuah panel surya dengan luas 2 m² menerima radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari = 1.000 W/m². Efisiensi panel surya = 15%.
Berapa daya listrik yang dihasilkan panel surya?
W
Jawaban Benar:
\(P = 300\) W
Penyelesaian:
\(P_{masuk} = I \times A = 1.000 \times 2 = 2.000\) W
\(P_{keluar} = \eta \times P_{masuk} = 0,15 \times 2.000 = 300\) W
\(P = 300\) W
Penyelesaian:
\(P_{masuk} = I \times A = 1.000 \times 2 = 2.000\) W
\(P_{keluar} = \eta \times P_{masuk} = 0,15 \times 2.000 = 300\) W
Soal Literasi 3 (Konveksi - Angin Laut)
Cerita:
Pada siang hari, daratan lebih cepat panas daripada lautan. Udara di atas daratan memuai dan naik, sedangkan udara di atas lautan yang lebih dingin bergerak ke daratan.
a. Jenis perpindahan kalor apakah yang terjadi?
b. Mengapa angin bertiup dari laut ke daratan pada siang hari?
Pada siang hari, daratan lebih cepat panas daripada lautan. Udara di atas daratan memuai dan naik, sedangkan udara di atas lautan yang lebih dingin bergerak ke daratan.
a. Jenis perpindahan kalor apakah yang terjadi?
b. Mengapa angin bertiup dari laut ke daratan pada siang hari?
Jawaban Benar:
a. Konveksi (perpindahan kalor disertai perpindahan partikel)
b. Pada siang hari, daratan lebih cepat panas, udara di atas daratan memuai dan naik. Tekanan udara di daratan menjadi rendah, sehingga udara dingin dari laut (tekanan tinggi) bergerak ke daratan. Inilah yang disebut angin laut.
a. Konveksi (perpindahan kalor disertai perpindahan partikel)
b. Pada siang hari, daratan lebih cepat panas, udara di atas daratan memuai dan naik. Tekanan udara di daratan menjadi rendah, sehingga udara dingin dari laut (tekanan tinggi) bergerak ke daratan. Inilah yang disebut angin laut.
F. Latihan Soal Interaktif
F. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola.
Skor Anda
0 / 20
1 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor atau perambatan kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah disebut ...
Jawaban Benar: konduksi / perpindahan kalor
Langkah-langkah:
1. Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah
2. Peristiwa ini disebut perpindahan kalor
1. Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah
2. Peristiwa ini disebut perpindahan kalor
2 Tiga Cara Perpindahan Kalor
Tiga cara perpindahan kalor adalah konduksi, konveksi, dan ...
Jawaban Benar: radiasi
Langkah-langkah:
1. Tiga cara perpindahan kalor:
- Konduksi (melalui zat padat)
- Konveksi (melalui aliran fluida)
- Radiasi (tanpa medium)
1. Tiga cara perpindahan kalor:
- Konduksi (melalui zat padat)
- Konveksi (melalui aliran fluida)
- Radiasi (tanpa medium)
3 Konduksi Kalor
Batang logam dengan panjang 2 meter, memiliki luas penampang 20 cm² dan perbedaan temperatur kedua ujungnya 50°C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms°C, tentukanlah jumlah kalor yang dirambatkan per satuan luas per satuan waktu (H/A)!
Jawaban Benar: 500 kal/m²s
Langkah-langkah:
1. Diketahui: L = 2 m, A = 20 cm² = 20 × 10⁻⁴ m², ΔT = 50°C, k = 0,2 kal/ms°C
2. Rumus: H = k × A × ΔT / L
3. H/A = k × ΔT / L
4. H/A = 0,2 × 50 / 2
5. H/A = 500 kal/m²s
1. Diketahui: L = 2 m, A = 20 cm² = 20 × 10⁻⁴ m², ΔT = 50°C, k = 0,2 kal/ms°C
2. Rumus: H = k × A × ΔT / L
3. H/A = k × ΔT / L
4. H/A = 0,2 × 50 / 2
5. H/A = 500 kal/m²s
4 Konduksi Aluminium
Batang aluminium (K_Al = 500 × 10⁻¹ kal/m s°C) luas penampang ujungnya 1 cm². Ujung-ujung batang bertemperatur 0°C dan 20°C. Banyaknya kalor yang merambat tiap sekon adalah...
Jawaban Benar: 0,1 kal/s
Langkah-langkah:
1. Diketahui: k = 500 × 10⁻¹ = 50 kal/m s°C, A = 1 cm² = 10⁻⁴ m², ΔT = 20°C - 0°C = 20°C
2. Asumsikan panjang L = 1 m
3. Rumus: H = k × A × ΔT / L
4. H = 50 × 10⁻⁴ × 20 / 1
5. H = 0,1 kal/s
1. Diketahui: k = 500 × 10⁻¹ = 50 kal/m s°C, A = 1 cm² = 10⁻⁴ m², ΔT = 20°C - 0°C = 20°C
2. Asumsikan panjang L = 1 m
3. Rumus: H = k × A × ΔT / L
4. H = 50 × 10⁻⁴ × 20 / 1
5. H = 0,1 kal/s
5 Konveksi Udara
Udara dalam sebuah kamar menunjukkan skala 25°C, sedangkan suhu permukaan jendela kaca kamar tersebut 15°C. Jika koefisien konveksi 7,5 × 10⁻⁵ Wm⁻²°C⁻¹, maka tentukan laju kalor yang diterima oleh jendela kaca seluas 0,6 m²!
Jawaban Benar: 0,00045 W
Langkah-langkah:
1. Diketahui: ΔT = 25°C - 15°C = 10°C, h = 7,5 × 10⁻⁵ W/m²°C, A = 0,6 m²
2. Rumus: H = h × A × ΔT
3. H = 7,5 × 10⁻⁵ × 0,6 × 10
4. H = 0,00045 W
1. Diketahui: ΔT = 25°C - 15°C = 10°C, h = 7,5 × 10⁻⁵ W/m²°C, A = 0,6 m²
2. Rumus: H = h × A × ΔT
3. H = 7,5 × 10⁻⁵ × 0,6 × 10
4. H = 0,00045 W
6 Konveksi Fluida
Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01 kal/ms°C memiliki luas penampang aliran 20 cm². Jika fluida tersebut mengalir dari dinding yang bersuhu 100°C ke dinding lainnya yang bersuhu 20°C, kedua dinding sejajar. Berapakah besarnya kalor yang dirambatkan?
Jawaban Benar: 0,8 kal/s
Langkah-langkah:
1. Diketahui: h = 0,01 kal/ms°C, A = 20 cm² = 20 × 10⁻⁴ m², ΔT = 100°C - 20°C = 80°C
2. Asumsikan jarak L = 1 m
3. Rumus: H = h × A × ΔT / L
4. H = 0,01 × 20 × 10⁻⁴ × 80
5. H = 0,8 kal/s
1. Diketahui: h = 0,01 kal/ms°C, A = 20 cm² = 20 × 10⁻⁴ m², ΔT = 100°C - 20°C = 80°C
2. Asumsikan jarak L = 1 m
3. Rumus: H = h × A × ΔT / L
4. H = 0,01 × 20 × 10⁻⁴ × 80
5. H = 0,8 kal/s
7 Jendela Kaca
Sebuah jendela kaca, yang memiliki ukuran 200 cm × 100 cm dan tebal 10 mm bersuhu 30°C pada permukaan luarnya. Jika suhu permukaan dalamnya sebesar 20°C dan koefisien konduksi kaca 10⁻⁵ kal/(msK), maka berapakah jumlah kalor yang masuk tiap menit melalui jendela itu?
Jawaban Benar: 120 kal/menit
Langkah-langkah:
1. Diketahui: p = 200 cm = 2 m, l = 100 cm = 1 m, d = 10 mm = 0,01 m
2. A = p × l = 2 × 1 = 2 m², ΔT = 30°C - 20°C = 10°C
3. k = 10⁻⁵ kal/msK
4. H = k × A × ΔT / d = 10⁻⁵ × 2 × 10 / 0,01
5. H = 2 × 10⁻⁴ × 1000 = 0,2 kal/s
6. Dalam 1 menit: Q = 0,2 × 60 = 120 kal/menit
1. Diketahui: p = 200 cm = 2 m, l = 100 cm = 1 m, d = 10 mm = 0,01 m
2. A = p × l = 2 × 1 = 2 m², ΔT = 30°C - 20°C = 10°C
3. k = 10⁻⁵ kal/msK
4. H = k × A × ΔT / d = 10⁻⁵ × 2 × 10 / 0,01
5. H = 2 × 10⁻⁴ × 1000 = 0,2 kal/s
6. Dalam 1 menit: Q = 0,2 × 60 = 120 kal/menit
8 Jendela Kaca (SI)
Sebuah jendela kaca suatu ruangan panjangnya 2 m lebarnya 1 m dan tebalnya 15 mm. Suhu di permukaan dalam dan permukaan luar kaca masing-masing 23°C dan 33°C. Jika konduksi termal = 8 × 10⁻¹ Wm⁻¹K⁻¹, maka berapakah jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu tiap sekon?
Jawaban Benar: 1067 W
Langkah-langkah:
1. Diketahui: p = 2 m, l = 1 m, d = 15 mm = 0,015 m
2. A = p × l = 2 m², ΔT = 33°C - 23°C = 10°C
3. k = 0,8 W/mK
4. H = k × A × ΔT / d = 0,8 × 2 × 10 / 0,015
5. H = 1067 W
1. Diketahui: p = 2 m, l = 1 m, d = 15 mm = 0,015 m
2. A = p × l = 2 m², ΔT = 33°C - 23°C = 10°C
3. k = 0,8 W/mK
4. H = k × A × ΔT / d = 0,8 × 2 × 10 / 0,015
5. H = 1067 W
9 Angin Lembah
Angin lembah terjadi saat suhu di lembah lebih kecil dibanding di puncak gunung. Jika pada suatu saat perbedaan suhunya ΔT maka angin lembah tersebut memindahkan energi per detik sebesar P. Pada saat beda suhunya 3ΔT maka berapakah energi angin yang dirambatkan per detik?
Jawaban Benar: 3P
Langkah-langkah:
1. Energi per detik (daya) sebanding dengan perbedaan suhu
2. P ∝ ΔT
3. Jika ΔT menjadi 3 kali, maka P menjadi 3P
1. Energi per detik (daya) sebanding dengan perbedaan suhu
2. P ∝ ΔT
3. Jika ΔT menjadi 3 kali, maka P menjadi 3P
10 Radiasi Benda Hitam
Suatu benda hitam pada suhu 27°C memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327°C. Berapakah energi yang dipancarkan sekarang?
Jawaban Benar: 16R
Langkah-langkah:
1. Diketahui: T₁ = 27°C = 300 K, T₂ = 327°C = 600 K
2. Hukum Stefan-Boltzmann: P ∝ T⁴
3. P₂/P₁ = (T₂/T₁)⁴ = (600/300)⁴ = 2⁴ = 16
4. P₂ = 16R
1. Diketahui: T₁ = 27°C = 300 K, T₂ = 327°C = 600 K
2. Hukum Stefan-Boltzmann: P ∝ T⁴
3. P₂/P₁ = (T₂/T₁)⁴ = (600/300)⁴ = 2⁴ = 16
4. P₂ = 16R
11 Radiasi Benda Hitam Sempurna
Sebuah benda hitam sempurna mempunyai luas permukaan 1000 cm² dengan suhu 727°C. Jika konstanta Stefan-Boltzmann = 5,5 × 10⁻⁸ watt/m²K⁴, maka berapakah besarnya energi yang dipancarkan selama 1 menit?
Jawaban Benar: 49.500 J
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A = 1000 cm² = 0,1 m², T = 727°C = 1000 K
2. σ = 5,5 × 10⁻⁸ W/m²K⁴, t = 60 s
3. Benda hitam sempurna: e = 1
4. P = e × σ × A × T⁴ = 1 × 5,5 × 10⁻⁸ × 0,1 × (1000)⁴
5. P = 5,5 × 10⁻⁹ × 10¹² = 5500 W
6. Q = P × t = 5500 × 60 = 49.500 J
1. Diketahui: A = 1000 cm² = 0,1 m², T = 727°C = 1000 K
2. σ = 5,5 × 10⁻⁸ W/m²K⁴, t = 60 s
3. Benda hitam sempurna: e = 1
4. P = e × σ × A × T⁴ = 1 × 5,5 × 10⁻⁸ × 0,1 × (1000)⁴
5. P = 5,5 × 10⁻⁹ × 10¹² = 5500 W
6. Q = P × t = 5500 × 60 = 49.500 J
12 Perbandingan Konduksi
Dua batang logam sejenis A dan B penampangnya berbanding 2:1, sedang panjangnya berbanding 4:3. Bila beda suhu ujung-ujung kedua batang sama, maka tentukan perbandingan jumlah rambatan kalor tiap satuan waktu pada A dan B!
Jawaban Benar: 3:2
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A_A:A_B = 2:1, L_A:L_B = 4:3, k sama, ΔT sama
2. H ∝ A/L
3. H_A/H_B = (A_A/L_A)/(A_B/L_B) = (A_A/A_B) × (L_B/L_A)
4. H_A/H_B = (2/1) × (3/4) = 6/4 = 3:2
1. Diketahui: A_A:A_B = 2:1, L_A:L_B = 4:3, k sama, ΔT sama
2. H ∝ A/L
3. H_A/H_B = (A_A/L_A)/(A_B/L_B) = (A_A/A_B) × (L_B/L_A)
4. H_A/H_B = (2/1) × (3/4) = 6/4 = 3:2
13 Suhu Sambungan Logam
Dua batang logam P dan Q disambungkan dengan suhu ujung-ujungnya berbeda. Apabila koefisien konduktivitas logam P = 1/2 kali koefisien konduktivitas logam Q, serta AC = 2 CB, maka berapakah suhu di C?
Petunjuk: Gunakan prinsip kesetimbangan kalor pada sambungan
Petunjuk: Gunakan prinsip kesetimbangan kalor pada sambungan
Jawaban Benar: 60°C
Langkah-langkah:
1. Diketahui: k_P = ½ k_Q, AC = 2 CB, A sama
2. Pada sambungan: H_P = H_Q
3. k_P × A × (T_A - T_C)/AC = k_Q × A × (T_C - T_B)/CB
4. ½ k_Q × (T_A - T_C)/2 = k_Q × (T_C - T_B)/1
5. Misal T_A = 100°C, T_B = 0°C
6. ¼ (100 - T_C) = T_C - 0
7. 25 - 0,25T_C = T_C → 25 = 1,25T_C → T_C = 60°C
1. Diketahui: k_P = ½ k_Q, AC = 2 CB, A sama
2. Pada sambungan: H_P = H_Q
3. k_P × A × (T_A - T_C)/AC = k_Q × A × (T_C - T_B)/CB
4. ½ k_Q × (T_A - T_C)/2 = k_Q × (T_C - T_B)/1
5. Misal T_A = 100°C, T_B = 0°C
6. ¼ (100 - T_C) = T_C - 0
7. 25 - 0,25T_C = T_C → 25 = 1,25T_C → T_C = 60°C
14 Perbandingan Daya Lampu
Lampu pijar dapat dianggap berbentuk bola. Jari-jari lampu pijar pertama adalah dua kali jari-jari lampu kedua. Suhu lampu pijar pertama dan kedua masing-masing 27°C dan 127°C. Hitung perbandingan daya lampu pertama dan daya lampu kedua!
Jawaban Benar: 8:27
Langkah-langkah:
1. Diketahui: r₁ = 2r₂, T₁ = 27°C = 300 K, T₂ = 127°C = 400 K
2. Daya: P ∝ A × T⁴ ∝ r² × T⁴
3. P₁/P₂ = (r₁/r₂)² × (T₁/T₂)⁴
4. P₁/P₂ = (2)² × (300/400)⁴ = 4 × (3/4)⁴ = 4 × 81/256
5. P₁/P₂ = 324/256 = 8:27
1. Diketahui: r₁ = 2r₂, T₁ = 27°C = 300 K, T₂ = 127°C = 400 K
2. Daya: P ∝ A × T⁴ ∝ r² × T⁴
3. P₁/P₂ = (r₁/r₂)² × (T₁/T₂)⁴
4. P₁/P₂ = (2)² × (300/400)⁴ = 4 × (3/4)⁴ = 4 × 81/256
5. P₁/P₂ = 324/256 = 8:27
15 Suhu Bola
Bola dengan jari-jari 2,5 cm yang berada dalam keadaan seimbang dengan kelilingnya, ternyata menyerap daya 61,44 watt dari lingkungannya. Bila tetapan Stefan-Boltzmann σ = 6 × 10⁻⁸ watt/m²K⁴, emisivitas e = 1/π, maka berapakah suhu bola itu?
Jawaban Benar: 800 K
Langkah-langkah:
1. Diketahui: r = 2,5 cm = 0,025 m, P = 61,44 W
2. σ = 6 × 10⁻⁸, e = 1/π
3. A = 4πr² = 4π(0,025)² = 0,0025π m²
4. P = e × σ × A × T⁴
5. T⁴ = P/(e × σ × A) = 61,44/[(1/π) × 6×10⁻⁸ × 0,0025π]
6. T⁴ = 61,44/(1,5×10⁻¹⁰) = 4,096 × 10¹¹
7. T = (4,096 × 10¹¹)^(1/4) = 800 K
1. Diketahui: r = 2,5 cm = 0,025 m, P = 61,44 W
2. σ = 6 × 10⁻⁸, e = 1/π
3. A = 4πr² = 4π(0,025)² = 0,0025π m²
4. P = e × σ × A × T⁴
5. T⁴ = P/(e × σ × A) = 61,44/[(1/π) × 6×10⁻⁸ × 0,0025π]
6. T⁴ = 61,44/(1,5×10⁻¹⁰) = 4,096 × 10¹¹
7. T = (4,096 × 10¹¹)^(1/4) = 800 K
16 Laju Radiasi Plat
Sebuah plat tipis memiliki total luas permukaan 0,02 m². Plat tersebut dipanaskan dengan sebuah tungku hingga suhunya mencapai 1.000 K. Jika emisitas plat 0,6, maka tentukan laju radiasi yang dipancarkan plat tersebut! (σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴)
Jawaban Benar: 680 W
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A = 0,02 m², T = 1000 K, e = 0,6, σ = 5,67 × 10⁻⁸
2. Rumus: P = e × σ × A × T⁴
3. P = 0,6 × 5,67 × 10⁻⁸ × 0,02 × (1000)⁴
4. P = 0,6 × 5,67 × 10⁻⁸ × 0,02 × 10¹²
5. P = 0,6 × 5,67 × 0,02 × 10⁴ = 680,4 W
1. Diketahui: A = 0,02 m², T = 1000 K, e = 0,6, σ = 5,67 × 10⁻⁸
2. Rumus: P = e × σ × A × T⁴
3. P = 0,6 × 5,67 × 10⁻⁸ × 0,02 × (1000)⁴
4. P = 0,6 × 5,67 × 10⁻⁸ × 0,02 × 10¹²
5. P = 0,6 × 5,67 × 0,02 × 10⁴ = 680,4 W
17 Suhu Bidang Batas
Dua batang P dan Q dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda diletakkan seperti pada gambar. Ujung kiri P bersuhu 90°C dan ujung kanan Q bersuhu 0°C. Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, tentukanlah temperatur pada bidang batas P dan Q!
Jawaban Benar: 60°C
Langkah-langkah:
1. Diketahui: k_P = 2k_Q, L_P = L_Q, A_P = A_Q
2. Pada sambungan: H_P = H_Q
3. k_P × A × (90 - T)/L = k_Q × A × (T - 0)/L
4. 2k_Q × (90 - T) = k_Q × T
5. 2(90 - T) = T
6. 180 - 2T = T → 180 = 3T
7. T = 60°C
1. Diketahui: k_P = 2k_Q, L_P = L_Q, A_P = A_Q
2. Pada sambungan: H_P = H_Q
3. k_P × A × (90 - T)/L = k_Q × A × (T - 0)/L
4. 2k_Q × (90 - T) = k_Q × T
5. 2(90 - T) = T
6. 180 - 2T = T → 180 = 3T
7. T = 60°C
18 Dinding Berlapis
Haryos membangun dinding luar rumahnya dengan lapisan kayu setebal 3 cm di sisi luar dan lapisan styrofoam setebal 2,2 cm di sisi dalamnya. Jika suhu permukaan dalam 39°C dan suhu permukaan luar 19°C, maka tentukan laju aliran kalor per meter kuadrat yang melewati dinding!
(k_kayu = 0,08 W/mK dan k_styrofoam = 0,01 W/mK)
(k_kayu = 0,08 W/mK dan k_styrofoam = 0,01 W/mK)
Jawaban Benar: 10 W/m²
Langkah-langkah:
1. Diketahui: d₁ = 3 cm = 0,03 m, d₂ = 2,2 cm = 0,022 m
2. k₁ = 0,08 W/mK, k₂ = 0,01 W/mK
3. T_dalam = 39°C, T_luar = 19°C, ΔT = 20°C
4. Untuk lapisan seri: R_total = d₁/k₁ + d₂/k₂
5. R_total = 0,03/0,08 + 0,022/0,01 = 0,375 + 2,2 = 2,575
6. H/A = ΔT/R_total = 20/2,575 = 10 W/m²
1. Diketahui: d₁ = 3 cm = 0,03 m, d₂ = 2,2 cm = 0,022 m
2. k₁ = 0,08 W/mK, k₂ = 0,01 W/mK
3. T_dalam = 39°C, T_luar = 19°C, ΔT = 20°C
4. Untuk lapisan seri: R_total = d₁/k₁ + d₂/k₂
5. R_total = 0,03/0,08 + 0,022/0,01 = 0,375 + 2,2 = 2,575
6. H/A = ΔT/R_total = 20/2,575 = 10 W/m²
19 Rambatan Kalor pada Pelat
Pelat dengan tebal 2 cm dan luas penampang 0,5 m², menyekat dua ruangan dengan suhu masing-masing pelat 50°C dan 150°C. Berapa rambatan kalor pada pelat dalam waktu 1 menit jika koefisien konduksi pelat = 1,6 × 10⁻³ kJ/m·s·K?
Jawaban Benar: 240 kJ
Langkah-langkah:
1. Diketahui: d = 2 cm = 0,02 m, A = 0,5 m², ΔT = 150°C - 50°C = 100°C
2. k = 1,6 × 10⁻³ kJ/m·s·K, t = 60 s
3. H = k × A × ΔT / d
4. H = 1,6 × 10⁻³ × 0,5 × 100 / 0,02
5. H = 1,6 × 10⁻³ × 50 / 0,02 = 4 kJ/s
6. Q = H × t = 4 × 60 = 240 kJ
1. Diketahui: d = 2 cm = 0,02 m, A = 0,5 m², ΔT = 150°C - 50°C = 100°C
2. k = 1,6 × 10⁻³ kJ/m·s·K, t = 60 s
3. H = k × A × ΔT / d
4. H = 1,6 × 10⁻³ × 0,5 × 100 / 0,02
5. H = 1,6 × 10⁻³ × 50 / 0,02 = 4 kJ/s
6. Q = H × t = 4 × 60 = 240 kJ
20 Jendela Kaca (Ukuran Besar)
Sebuah jendela kaca, yang memiliki ukuran 200 cm × 150 cm dan tebal 6 mm bersuhu 30°C pada permukaan luarnya. Jika suhu permukaan dalamnya sebesar 20°C dan koefisien konduksi kaca ρ kal/(m·s·K), maka jumlah kalor yang masuk tiap menit melalui jendela itu adalah...
Jawaban Benar: 5.000ρ
Langkah-langkah:
1. Diketahui: p = 200 cm = 2 m, l = 150 cm = 1,5 m, d = 6 mm = 0,006 m
2. A = p × l = 2 × 1,5 = 3 m², ΔT = 30°C - 20°C = 10°C
3. H = ρ × A × ΔT / d
4. H = ρ × 3 × 10 / 0,006 = ρ × 30 / 0,006 = 5000ρ kal/s
5. Dalam 1 menit: Q = H × 60 = 5000ρ × 60 = 300.000ρ kal/menit
Jika yang dimaksud adalah laju per detik: 5.000ρ
1. Diketahui: p = 200 cm = 2 m, l = 150 cm = 1,5 m, d = 6 mm = 0,006 m
2. A = p × l = 2 × 1,5 = 3 m², ΔT = 30°C - 20°C = 10°C
3. H = ρ × A × ΔT / d
4. H = ρ × 3 × 10 / 0,006 = ρ × 30 / 0,006 = 5000ρ kal/s
5. Dalam 1 menit: Q = H × 60 = 5000ρ × 60 = 300.000ρ kal/menit
Jika yang dimaksud adalah laju per detik: 5.000ρ
Komentar