Perpindahan Kalor Kelas 7 Semester 1

Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Bagaimanakah caranya?

Kalor berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalortersebut.

1. Konduksi

Saat kamu menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang kamu setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi. Perhatikan mekanisme perpindahan kalor secara konduksi pada Gambar 4.12.

 

 Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaanmu, logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator.

Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan, terlihat pada Gambar 4.14.

 

Pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator yang baik.

 

Panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas kaca merupakan isolator yang baik. Dapatkah kamu memberikan ide bagaimana agar panas kopi tersebut bertahan lebih lama lagi?

 

Saat udara dingin, kamu berselimut di dalamnya. Selimut terbuat dari serat wol atau kapas yang bersifat isolator. Mengapa udara yang terperangkap di dalam selimut dengan kamu di dalamnya membuat badanmu hangat?

 

2. Konveksi

Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi.

Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini disebut konveksi. Pola aliran air membentuk arus konveksi.

Arus konveksi dapat kamu temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat.

a. Siang Hari

Daratan lebih cepat panas daripada lautan (kalor jenisnya kecil), udara di atas daratan ikut panas dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari lautan. Dengan demikian,  terjadilah angin laut.

b. Malam  Hari

Daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih hangat dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari daratan. Dengan demikian, terjadilah angin darat.

Konveksi dimanfaatkan pada berbagai peralatan. Contohnya adalah sebagai berikut.

Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lain-lain biasanya terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.

3. Radiasi

Bayangkan saat kamu berjalan di tengah hari yang cerah. Kamu merasakan panasnya matahari pada mukamu. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai ke wajahmu? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi.

 

Kamu juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tanganmu pada bola lampu yang menyala atau saat kamu duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan panas.

Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda. Perhatikan benda-benda yang diletakkan di ruangan bersuhu 30 C. Besar kalor yang dipancarkan atau diserap benda ditunjukkan oleh banyaknya anak panah.

Berdasarkan Gambar 4.25, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.

Jika suhu benda lebih dingin daripada suhu lingkungan, maka benda itu akan menyerap radiasi kalor dari lingkungan. Perhatikan benda-benda di ruangan yang bersuhu 30 C berikut.

Berdasarkan Gambar 4.26, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.

 

Saat kamu menjemur dua kaos basah yang warnanya berbeda, kamu akan mendapatkan bahwa kaos yang berwarna lebih gelap ternyata lebih cepat kering.

Amati gambar berikut untuk menyimpulkan pengaruh warna terhadap kalor yang dilepas atau diserap dari lingkungannya.

 
Berdasarkan Gambar 4.27, kamu dapat menyimpulkan sebagai berikut.

Peristiwa radiasi juga dimanfaatkan oleh hewan seperti contoh berikut.

Bagaimana termos dapat mencegah perpindahan kalor baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi?

 

Kesimpulan

Azas Black berbunyi banyaknya kalor yang dilepaskan benda bersuhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dapat berpindah dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi.

1.       Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat.

2.       Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut.

3.       Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara.

PERTANYAAN

1. Jelaskan 3 cara perpindahan kalor!

2. Apakah konduktor itu? Beri 5 contoh konduktor!

3. Apakah isolator itu? Beri 5 contoh isolator!

Tuliskan jawabanmu di kolom komentar

HANTARAN LISTRIK

HANTARAN LISTRIK

Sering kita mendengar bahwa listrik dapat mengalir pada kabel. Apa yang mengalir dan bahan apa yang dapat mengalirkan listrik?

Pernyataan bahwa listrik mengalir sebenarnya berkaitan dengan muatan yang berpindah, sebab perpindahan elektron pada bahan akan menghasilkan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan elektron tersebut. Bahan-bahan apakah yang dapat menghantarkan listrik dengan baik dan yang tidak dapat menghantarkan listrik?

Sering kita melihat orang menggunakan kabel untuk menghantarkan listrik dari suatu ujung kabel ke ujung lainnya.

Mengapa menggunakan kabel? Kabel biasanya terdiri atas bahan tembaga atau perak di bagian dalamnya dan dilapisi bahan plastik atau karet di bagian luarnya. Mengapa demikian?

Hal ini berkaitan dengan kemampuan bahan untuk menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki daya hantar listrik yang berbeda-beda. Tembaga dan perak merupakan bahan yang paling baik untuk menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik.

Apakah kamu sudah memahami mengapa logam perak atau tembaga pada kabel dilapisi plastik atau karet? Jika masih belum mengerti, pelajari materi berikut dengan teliti dan penuh semangat!

a. Konduktor Listrik

Mengapa kabel digunakan untuk mengalirkan arus listrik dari sumber listrik ke peralatan elektronik? Agar arus listrik dapat disalurkan dengan baik, maka dibutuhkan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik pula. Pada bahan ini, elektron dapat mengalir dengan mudah. Bahan-bahan yang dapat digunakan untuk menghantarkan listrik disebut dengan konduktor listrik.

Contoh dari konduktor listrik adalah tembaga, perak, dan emas. Meskipun perak dan emas merupakan konduktor yang sangat baik, tetapi karena harganya yang sangat mahal, kabel rumah tangga biasanya menggunakan bahan dari tembaga.

b. Isolator Listrik

Mengapa kabel listrik perlu dilapisi dengan plastik atau karet?

Pemberian plastik atau karet sebagai pelapis kabel bertujuan agar kabel lebih aman digunakan. Sifat plastik dan karet tidak dapat menghantarkan arus listrik sehingga kedua bahan tersebut masuk ke dalam kelompok bahan isolator. Bahan isolator ini adalah bahan yang sangat buruk untuk menghantarkan listrik karena di dalam bahan ini elektron sulit mengalir.

c. Semikonduktor Listrik

Bahan semikonduktor listrik adalah bahan-bahan yang jika berada pada suhu rendah bersifat sebagai isolator, sementara pada suhu tinggi bersifat sebagai konduktor. Contoh bahan semikonduktor listrik adalah karbon, silikon, dan germanium. Pada bidang elektronika, bahan semikonduktor digunakan untuk membuat transistor yang  kemudian dirangkai menjadi integrated  circuit  (IC) seperti pada Gambar 5.5.

 

Petir dapat menimbulkan korban karena membawa energi yang sangat besar. Petir cenderung akan menyambar benda-benda yang tinggi seperti pohon, tiang bendera, dan bangunan-bangunan yang tinggi. Oleh sebab itu, pada konstruksi bangunan-bangunan tersebut selalu diberi penangkal petir yang dipasang di atap. Untuk menghindari terkena petir, sebaiknya kamu tidak bermain-main di luar saat hujan yang disertai petir.

Tahukah kamu bagaimana sistem kerja penangkal petir?

Penangkal petir dibuat runcing dari bahan konduktor (logam) dipasang di atas sebuah bangunan atau ge dung yang dihubungkan dengan kabel sampai ke tanah, kemudian kabel tersebut di tanam di dalam tanah dengan tujuan agar arus petir yang sangat besar dapat segera dinetralkan ke dalam tanah (grounding). 

Tidak hanya benda padat seperti tembaga dan perak, zat cair pun ada yang dapat menghantarkan arus listrik dan ada juga yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, contohnya larutan garam dan larutan gula. Larutan garam merupakan salah satu jenis elektrolit karena dapat menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan gula disebut sebagai nonelektrolit karena tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Pada percobaan kegiatan menyalakan bola lampu dengan membuat larutan garam dan larutan gula, Kamu dapat menggunakan alat dan bahan sederhana seperti kabel yang dilengkapi penjepit buaya dan amperemeter untuk mendeteksi ada tidaknya arus listrik yang mengalir.

Bandingkan hasilnya antara lampu yang menggunakan larutan garam dan larutan gula.

Setiap  bahan memiliki kemampuan yang berbeda dalam menghantarkan listrik. Kemampuan tersebut tergantung  pada nilai hambatan jenis suatu benda atau bahan. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listrik. Tabel 5.2 menyajikan beberapa nilai  hambatan jenis bahan.

 

Besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang disebut hambatan jenis (ρ).    

Besar hambatan jenis berbeda-beda untuk setiap jenis kawat (lihat Tabel 5.2), sehingga dapat dituliskan:

R= ρ.L

        A

dengan:

R = hambatan kawat (Ω)

ρ = hambatan jenis kawat (Ωm)

L  = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m²)

 

Contoh Soal:

Sebuah kawat Aluminium yang memiliki panjang 20 cm dan luas penampang 2.10^-4 m². Jika diketahui hambatan jenis aluminium adalah 2,82 . 10^-8 Ωm. tentukan besarnya hambatan listrik yang dimiliki oleh kawat tersebut?

Pembahasan:
Diketahui:
L = 20 cm = 0,2 m
A = 2.10^-4 m²
ρ = 2,82 . 10^-8 Ωm
Ditanya : R = ...?

Gunakan persamaan hambatan pada sebuah kawat penghantar

Jadi, besarnya hambatan listrik adalah 2,82 . 10^-5 Ohm

Penjelasan lebih lengkap dapat dilihat di video berikut

 

PERTANYAAN

1. Coba jelaskan alasan penggunaan bahan konduktor untuk membuat penangkal petir!
2. Berdasarkan Tabel 5.2, coba pikirkan bahan apakah yang paling baik digunakan sebagai konduktor listrik? Mengapa?
3. Sebuah kawat Aluminium yang memiliki panjang 60 cm dan luas penampang 3.10^-4 m². Jika diketahui hambatan jenis aluminium adalah 2,82 . 10^-8 Ωm. tentukan besarnya hambatan listrik yang dimiliki oleh kawat tersebut?

Arikel yang terkait

Rangkaian Listrik

Arus Listrik pada Listrik Dinamis

Karakteristik Rangkaian Listrik

Rangkaian GGL dan Hukum Ohm pada Rangkaian Tertutup