Pada pembahasan kali ini kami akan menjelaskan tentang perpindahan kalor. Yang meliputi pengertian perpindahan kalor secara radiasi atau pancaran, rumus perpindahan kalor dan contoh soal perpindahan kalor dengan lengkap dan mudah dipahami. Agar lebih detailnya silakan simak ulasan dibawah ini dengan seksama.
Perpindahan Kalor Secara Radiasi (Pancaran), Rumus & Contoh Soal
Mari kita bahas pengertian perpindahan kalor terlebih dahulu dengan seksama.
Definisi Transfer Panas
Jarak antara bumi dan matahari mencapai 149.600.000 km, dan antara keduanya terdapat ruang hampa udara. Oleh karena itu, perpindahan panas (kalor) melalui konveksi atau konduksi menjadi tidak mungkin terjadi.
Namun, meskipun matahari berada jauh ratusan juta kilometer, panasnya masih dapat dirasakan di permukaan bumi. Dalam situasi ini, perpindahan panas tidak terjadi melalui konduksi, yang membutuhkan zat padat sebagai pengantar panas.
Selain itu, panas yang dihasilkan oleh matahari tidak dapat berpindah melalui konveksi, baik konveksi alami maupun konveksi paksa, karena membutuhkan adanya zat cair atau gas untuk mengalirkan panas matahari. Lalu, bagaimana panas matahari dapat sampai ke permukaan bumi? Mari kita simak penjelasannya di bawah ini!
Perpindahan panas dari matahari ke permukaan bumi terjadi melalui radiasi, di mana dalam proses ini panas tidak membutuhkan medium untuk mencapai permukaan bumi. Radiasi adalah perpindahan panas tanpa adanya zat pengantar, melainkan berbentuk gelombang elektromagnetik. Alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi panas disebut termoskop. Pembuatan termoskop sederhana dapat dilakukan dengan mudah. Berikut ini adalah gambar termoskop sederhana.
Gunakan dua lampu pijar bekas (lampu A dan lampu B) yang filamennya dihilangkan dengan melubangi bagian bawahnya. Bola lampu B diwarnai hitam, sedangkan bola lampu A tetap transparan. Kemudian, kedua lampu tersebut dihubungkan dengan satu pipa U yang berisi alkohol yang telah diberi pewarna.
Apabila radiasi panas jatuh pada permukaan bola B, tekanan gas di dalam bola B akan meningkat dan permukaan alkohol di bawah bola A akan naik. Jika A dan B diberi radiasi panas secara bersamaan, permukaan alkohol di bawah B tetap turun, sementara permukaan alkohol di bawah A akan naik.
Peristiwa di atas menggambarkan bahwa bola hitam dapat menyerap panas lebih banyak dibandingkan bola lampu yang tidak diwarnai hitam. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa benda dengan permukaan hitam kusam memancarkan atau menyerap panas lebih efisien daripada benda dengan permukaan putih mengkilap.
Rumus Transfer Panas
Pada tahun 1879, Josef Stefan menemukan secara empiris rumus untuk laju transfer panas termal melalui radiasi dari suatu benda. Stefan menyimpulkan bahwa laju transfer panas termal yang dipancarkan melalui radiasi oleh suatu benda berbanding lurus dengan luas permukaan benda tersebut dan pangkat empat suhu absolutnya. Teori ini kemudian diperoleh secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann pada tahun 1884 dan dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Persamaannya dapat dinyatakan sebagai berikut:
P = eσAT^4
Dengan penjelasan sebagai berikut:
P = Daya yang dipancarkan (watt)
e = Emisivitas suatu benda
σ = Konstanta Stefan (5,6703 x 10^-8 W/m^2K^4)
A = Luas permukaan benda yang memancarkan radiasi (m^2)
T = Suhu absolut (K)
Nilai emisivitas e suatu benda bergantung pada warna permukaan benda tersebut. Permukaan benda yang berwarna hitam sempurna memiliki nilai e = 1, sementara permukaan benda yang berwarna putih sempurna memiliki nilai e = 0. Jadi, secara umum, nilai emisivitas e berada dalam rentang 0 < e < 1.
Untuk memahami lebih lanjut tentang transfer panas melalui radiasi, mari kita perhatikan dan pahami contoh soal berikut ini.
Contoh Soal Perpindahan Kalor
1.Sebuah bola tembaga memiliki luas 20 cm2 selanjutnya dipanaskan sampai berpijar pada suhu 127o Apabila emisivitas bahan adalah 0,4 dan tetapan Stefan adalah 5,67 x 10-8 W/m2K4, maka hitunglah energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut setiap sekonnya.
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2
T = (127 + 273) = 400 K
e = 0,4
σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4
Ditanya: P:…?
Jawab:
P = eσAT4
P = (0,4).(5,67 x 10-8).(2 x 10-3).(400)4
P = (0,4).(5,67 x 10-8).(2 x 10-3).(256 x 108)
P = 1161,23 x 10-3 W
P = 1,61123 W ≈ 1,2 W
Jadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu bola tersebut pada setiap sekon adalah 1,2 watt.
Demikianlah telah dijelaskan tentang Perpindahan Kalor Secara Radiasi (Pancaran), Rumus & Contoh Soal, semoga menambah wawasan dan pengetahuan kalian. Terimakasih telah berkunjung dan jangan lupa untuk membaca artkel lainnya.
Referensi: Sambellayah.com