Contoh Soal Perpindahan Kalor Secara Konduksi Lengkap Dengan Pembahasan Dan Konsep
Senin, 16 Juni 2014
Tambah Komentar
Contoh Soal Perpindahan Kalor serta Pembahasan Lengkap
Pada kesempatan kali ini saya bakal membahas contoh soal tentang perpindahan kalor secara konduksi. Di sini Ente bakal belajar cara menghitung laju perpindahan kalor, menentukan suhu sambungan pada medium penghantar kalor yang memiliki panjang yang sama, serta konduktivitas termal dari penghantar tersebut. Baik Langsung saja kita mulai.
Konduksi panas atau konduksi termal ialah perpindahan energi berupa kalor pada suatu penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi dari penghantar tersebut. Contoh perpindahan kalor secara konduksi ialah saat kita mengaduk segelas kopi panas, maka ujung sendok yang mula-mula enggak panas lama kelamaan bakal panas. Peristiwa ini diketahui dengan proses perpindahan energi berupa kalor secara konduksi.
Laju perpindahan kalor secara konduksi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut
Energi yang ditransferkan secara induksi lewat dua logam penghantar yang memiliki suhu berbeda terjadi saat kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada saat kondisi Steady State, laju perpindahan energi lewat logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi lewat logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Keterangan:
H ialah Laju perpindahan kalor (J/s atau Watt)
Q ialah kalor (J atau Kal)
t ialah waktu (sekon)
k ialah konduktivitas termal (W/mK)
A ialah luas penampang (m^2)
∆T ialah perubahan suhu (°C atau K)
L ialah panjang logam penghantar (m)
1. Contoh Soal Perpindahan Kalor serta Pembahasan Lengkap
Sebuah Ruangan ber-AC memiliki kaca jendela yang luasnya ialah 1,5 m x 1,0 m serta tebalnya 2,5 mm. Suhu di dalam ruangan ialah 20 °C serta suhu di luar ruangan 32 °C. Hitunglah laju perpindahan kalor lewat kaca jika konduktivitas termal kaca 0,8 W/mK?
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan sistem buat mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui serta yang ditanyakan
Diketahui:
A = 1,5 m x 1,0 m = 1,5 m^2
d = 2,5 mm = 2,5 . 10^-3 m
T1 = 20 °C
T2 = 32 °C
∆T = Suhu Tinggi – Suhu Rendah ; Karena T2 lebih tinggi dari pada T1, maka : ∆T = T2 – T1
k = 0,8 W/mK
Ditanya : Hitunglah laju perpindahan kalor lewat kaca?
Langkah 3 : Gunakan Konsep atau rumus yang sesuai
Karena proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpindahan materi kaca maka kita gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi.
Langkah Terakhir substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, laju perpindahan kalor lewat kaca jika konduktivitas termal kaca 0,8 W/mK ialah 5,76 . 10^3 J/s
2. Contoh Soal Perpindahan Kalor serta Pembahasan Lengkap
Es bersuhu 0 °C serta memiliki massa 5 Kg diletakkan di atas sebuah batu berbentuk pelat dengan luas penampang 0,4 m^2 serta tebal 20 cm. Kemudian batu tersebut diletakkan di atas uap air bersuhu 120 0 °C. apabila diperlukan waktu 30 menit buat Es tersebut mencair, maka tentukan konduktivitas termal batu tersebut? Diketahui kalor lebur es ialah 334400 J/kg.
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem buat mengilustrasikan perpindahan kalor pada pelat batu. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui serta yang ditanyakan
Diketahui:
A = 0,4 m^2
d = 20 cm = 0,2 m
T1 = 120 °C
T2 = 0 °C
t = 30 menit = 1800 s
M(es) = 5 Kg
L(es) = 334400 J/kg
Ditanya : Hitunglah konduktivitas termal batu tersebut ?
Langkah 3 : Gunakan Konsep atau rumus yang sesuai
Terlebih dahulu kita menghitung besarnya kalor yang diterima oleh Es dalam 30 menit buat melebur
Jadi kalor yang diterima oleh Es buat melebur dalam waktu 30 menit ialah 1,672 . 10^6 J. Karena 30 menit = 1800 detik, Artinya dalam 1 detik kalor yang diterima es adalah
Sehingga diperoleh laju kalor yang diterima oleh Es ialah 928,89 J/s. Laju kalor ini adalah laju kalor yang dihantarkan oleh batu.
Karena proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpindahan materi batu maka kita gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi.
Ingat : ∆T = Suhu Tinggi – Suhu Rendah ; Karena T1 lebih tinggi dari pada T2, maka : ∆T = T1 – T2
Langkah Terakhir substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, konduktivitas termal batu tersebut ialah 3,87 J/ms°C.
3. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Logam
Dua batang penghantar memiliki panjang serta luas yang sama di disambungkan menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini. Diketahui koefisien termal batang penghantar kedua ialah 2 kali koefisien konduksi termal batang pertama.
Kemudian pada ujung batang pertama dipanaskan sehingga suhu pada batang pertama ialah 150 °C serta suhu pada batang kedua ialah 30 °C, maka tentukanlah suhu pada sambungan kedua batang penghantar?
Jawab :
Langka 1 : Gambarkan sistem buat mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas
Penjelasan ∆T
- Karena suhu T1 > Ts artinya T1 suhunya lebih tinggi dari pada Ts; maka ∆T1 = T1 – Ts
- Suhu Ts > T2 artinya Ts suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T1 = Ts – T2
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui serta yang ditanyakan
Diketahui:
L1 = L2 (Panjangnya sama)
A1 = A2 (Luasnya sama)
k2 = 2 k1
T1 = 150 °C
T2 = 30 °C
Ditanya : tentukanlah suhu pada sambungan pada kedua batang penghantar?
Langkah 3 : Gunakan Konsep serta Rumus yang sesuai
Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam
Karena perpindahan kalor lewat penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi, maka proses perpindahan kalor ini adalah peristiwa konduksi. Besarnya laju perpindahan kalor dapat dihitung menggunakan rumus.
Energi yang ditransferkan secara induksi lewat dua logam penghantar yang memiliki suhu berbeda terjadi saat kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada saat kondisi Steady State, laju perpindahan energi lewat logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi lewat logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Langkah terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui
A1 = A2 ; L1 = L2 serta k2 = 2 k1 maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
Jadi, suhu pada sambungan kedua batang penghantar ialah 70 °C
4. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Logam
Tiga batang konduktor P, Q serta R dari jenis berbeda serta memiliki panjang serta luas penampang yang sama disambungkan seperti pada gambar berikut:
Jika suhu T1 = 30 °C serta T4 = 120 °C koefisien konduksi kp = 2 kq = 3 kr, maka suhu T2 serta T3 adalah
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem buat mengilustrasikan perpindahan kalor pada dua logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Perhatikan Konduktor P serta Q
- Karena suhu T1 < T2 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T1; maka ∆T12 = T2 – T1
- Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
Perhatikan Konduktor Q serta R
- Karena Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
- Suhu T3 < T4 artinya T4 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T34 = T4 – T3
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui serta yang ditanyakan
Diketahui:
Lp = Lq = Lr (Panjangnya sama)
Ap = Aq = Ar (Luasnya sama)
kp = 2 kq = 3 kr
2 kq = 3 kr maka kq = 3/2 kr = 1,5 kr
T1 = 30 °C
T4 = 120 °C
Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 serta T3?
Langkah 3 : Gunakan Konsep serta Rumus yang sesuai
Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam
Karena perpindahan kalor lewat penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi, maka proses perpindahan kalor ini adalah peristiwa konduksi. Besarnya laju perpindahan kalor dapat dihitung menggunakan rumus.
#Amati Konduktor P serta Q
Energi yang ditransferkan secara induksi lewat dua logam penghantar yang memiliki suhu berbeda terjadi saat kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada saat kondisi Steady State, laju perpindahan energi lewat logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi lewat logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Substitusikan nilai yang diketahui
Ap = Aq ; Lp = Lq serta kp = 2 kq maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
#Amati Konduktor Q serta R
Energi yang ditransferkan secara induksi lewat dua logam penghantar yang memiliki suhu berbeda terjadi saat kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada saat kondisi Steady State, laju perpindahan energi lewat logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi lewat logam penghantar kedua. Maka diperoleh
Substitusikan nilai yang diketahui
Aq = Ar ; Lq = Lr serta kq = 1,5 kr ; maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas
Langkah 4 : Eliminasi T2 pada persamaan 1 serta 2
Kurangi persamaan 1 dengan persamaan 2 maka diperoleh
Langkah Terakhir : Substitusi nilai T2 ke persamaan (1)
Jadi, diperoleh suhu sambungan T2 = 75 °C serta T3 = 165 °C, terlihat kalau T2 < T3 hal ini sesuai dengan ilustrasi di atas serta sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.
Untuk Soal Selanjutnya Klik Next
Selamat Belajar
Itulah artikel tentang Contoh Soal Perpindahan Kalor Lengkap dengan Pembahasan Serta Konsep. semoga artikel ini bisa bermanfaat buat kita semua. terimakasih telah berkunjung, jika Ente suka dengan artikel ini silahkan klik like serta share artikel ini bila perlu. apabila Ente enggak mau ketinggalan updatetan artikel terbaru silahkan Follow blog ini serta selamat belajar.
Belum ada Komentar untuk "Contoh Soal Perpindahan Kalor Secara Konduksi Lengkap Dengan Pembahasan Dan Konsep"
Posting Komentar