Fisika

Konveksi

Ketika kita mendekatkan tangan di atas api, kita merasakan panas karena udara di sekitar api dipanaskan. Proses perpindahan energi panas yang melibatkan perpindahan partikel disebut konveksi. Energi panas ini umumnya disalurkan oleh fluida, yang dapat berupa gas atau cairan, yang bergerak atau mengalir.

Konveksi terbagi menjadi dua jenis, yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa. Konveksi bebas terjadi karena adanya perbedaan massa jenis pada bagian-bagian fluida yang berbeda. Ketika fluida dipanaskan, bagian yang dekat dengan sumber panas akan memuai sehingga massa jenisnya menjadi lebih rendah, menyebabkan bagian tersebut naik. Sebaliknya, bagian yang lebih dingin dan berat akan turun. Konveksi paksa, di sisi lain, memerlukan bantuan dari benda eksternal seperti kipas, pompa, atau pengaduk untuk mengatur pergerakan fluida.

Salah satu aplikasi konveksi adalah dalam cuaca. Perbedaan suhu dan kelembaban di atmosfer mempengaruhi pergerakan awan dan berdampak pada kondisi cuaca di suatu daerah. Pemanasan dari sinar matahari menyebabkan udara hangat naik dan udara dingin turun, menciptakan pola pergerakan angin dan kondisi cuaca yang berbeda-beda di berbagai wilayah.

Persamaan yang menghubungkan beberapa besaran yang memengaruhi laju kalor konveksi ditunjukkan dengan persamaan:

Radiasi

Tangan kita tetap merasa panas walau tidak berada di atas api karena terjadi perpindahan kalor melalui proses radiasi. Radiasi adalah proses di mana setiap benda memancarkan dan menyerap energi termal dalam bentuk gelombang elektromagnetik, termasuk sinar inframerah.

Proses radiasi dijelaskan oleh persamaan Stefan-Boltzmann yang menghubungkan beberapa besaran yang memengaruhi laju kalor radiasi. Emisivitas merupakan karakteristik suatu benda yang mempengaruhi kemampuannya dalam memancarkan dan menyerap radiasi. Permukaan yang hitam kusam, seperti arang, memiliki emisivitas mendekati 1, yang berarti dapat memancarkan dan menyerap radiasi dengan sangat baik. Di sisi lain, permukaan yang putih mengkilat memiliki emisivitas mendekati 0, menunjukkan bahwa benda tersebut kurang efisien dalam memancarkan dan menyerap radiasi.

Fenomena radiasi sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari, dan salah satu contohnya adalah pemanfaatan oven untuk memasak makanan. Oven menggunakan radiasi panas untuk memanaskan dan memasak makanan. Selain itu, teknologi microwave juga mengandalkan radiasi elektromagnetik untuk memanaskan makanan dengan cepat dan efisien.

Persamaan yang menghubungkan beberapa besaran yang mempengaruhi laju kalor radiasi ditunjukkan oleh persamaan:

Aplikasi Perpindahan Kalor

Salah satu aplikasi penting dari perpindahan kalor adalah dalam termos. Termos adalah wadah isolasi yang dirancang khusus untuk mempertahankan suhu minuman atau makanan dalam kondisi panas atau dingin selama periode waktu yang lama.

Prinsip utama di balik efisiensi termos adalah meminimalkan perpindahan kalor melalui tiga mekanisme utama: konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Pertama, lapisan isolasi di dalam termos, seperti kaca atau bahan plastik, berfungsi untuk mengurangi perpindahan panas melalui konduksi. Bahan isolasi memiliki konduktivitas termal yang rendah, sehingga menghalangi perpindahan panas antara bagian dalam dan luar termos.
2. Kedua, untuk menghentikan konveksi, terdapat ruang hampa udara antara lapisan luar dan dalam termos. Udara di dalam ruang tersebut hampir tidak memiliki konvektivitas termal, sehingga mengurangi perpindahan panas melalui konveksi. Selain itu, sebagian besar termos modern juga menggunakan desain ganda dengan lapisan ganda atau vakum di dalamnya, yang juga membantu mengurangi konveksi.
3. Terakhir, untuk mengurangi perpindahan panas melalui radiasi, termos dilengkapi dengan lapisan reflektif pada bagian dalam wadahnya. Lapisan ini berfungsi untuk memantulkan kembali sebagian besar radiasi panas yang dihasilkan oleh minuman atau makanan di dalamnya, sehingga mengurangi kehilangan panas.

Dengan kombinasi dari ketiga mekanisme ini, termos mampu mempertahankan suhu minuman atau makanan dalam kondisi panas atau dingin selama berjam-jam, bahkan hingga berhari-hari. Contoh penerapan termos adalah saat membawa minuman panas, seperti kopi atau teh, untuk dinikmati di perjalanan atau saat berkemah. Begitu juga ketika membawa minuman dingin, seperti air es atau jus, untuk tetap segar dan dingin dalam cuaca panas.

Termos menjadi solusi yang efisien dan praktis dalam mengatur perpindahan kalor, sehingga sangat membantu dalam mempertahankan suhu makanan atau minuman sesuai dengan preferensi kita, tanpa perlu khawatir tentang cepatnya berubah suhu atau perlu memanaskan atau mendinginkan ulang.

1.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar!

Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api ke tubuh kita melalui proses...

A. Radiasi dan Konveksi
B. Radiasi dan Konduksi
C. Konduksi dan Konveksi
D. Radiasi
E. Konveksi

2.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar!

Apa yang dimaksud dengan konduktor?

A. Zat yang mudah menghantar kalor
B. Zat yang sukar menghantar kalor
C. Zat yang melupakan penghantar kalor
D. Zat yang pergi dari penghantar kalor
E. Zat yang maha adil

3.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar!

Berikut adalah faktor yang mempengaruhi laju kalor konduksi, kecuali?

A. Beda suhu antara permukaan
B. Volume permukaan
C. Laju permukaan A
D. Ketebalan dinding
E. Konduktivitas Termal

4.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar!

Apa yang dimaksud dengan konveksi?

A. Perpindahan Kalor oleh pergerakan fluida itu sendiri
B. Perpindahan kalor oleh perantara
C. Perpindahan kalor dengan massanya
D. Perpindahan kalor dengan massa jenis
E. Perpindahan kalor tanpa fluida

5.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar!

Fungsi utama kalorimeter adalah?

A. Mengukur dan mendeteksi suhu pada suatu perubahan reaksi kimia.
B. Mengukur dan mendeteksi kalor pada suatu perubahan reaksi kimia.
C. Mengukur dan mendeteksi kalor pada suatu perubahan reaksi fisika.
D. Mengukur dan mendeteksi suhu pada suatu perubahan reaksi fisika.
E. Multifungsi