Rumus perpindahan panas, beserta pengertian, jenis, dan contoh soal

Brilio.net - Perpindahan panas adalah konsep penting dalam ilmu fisika. Bagaimana tidak? Perpindahan panas sering diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya dalam mengaplikasikan pemanas rumah, pendinginan mesin, pembentukan cuaca dan iklim, serta dalam berbagai teknologi dan proses industri.

Kemampuan untuk mengelola perpindahan panas inilah yang menjadi kebutuhan penting dalam berbagai sistem dan peralatan saat ini. Kali ini brilio.net memberikan ulasan tentang rumus perpindahan panas mulai dari pengertian, jenis, contoh soal, dan pembahasannya yang mudah dipahami.

Yuk simak ulasan lengkap tentang perpindahan panas, dihimpun brilio.net dari berbagai sumber pada Selasa (17/10).

Definisi perpindahan panas

foto: freepik.com

Perpindahan panas adalah proses transfer energi panas dari suatu objek atau sistem ke objek atau sistem lainnya yang memiliki perbedaan suhu. Perpindahan panas terjadi sebagai respons terhadap perbedaan suhu antara dua objek atau sistem, dan tujuannya adalah untuk mencapai kesetimbangan termal, di mana kedua objek atau sistem mencapai suhu yang sama.

Perpindahan panas dapat terjadi dalam tiga cara utama:

1. Konduksi.

Konduksi adalah perpindahan panas melalui penggantian energi kinetik molekul dan atom. Ini terjadi ketika partikel-partikel dalam sebuah objek bergetar dan berinteraksi dengan partikel-partikel tetangga mereka. Ini adalah mekanisme perpindahan panas yang dominan dalam konduktor panas seperti logam.

Perpindahan panas secara konduksi terjadi karena panas merambat melalui partikel-partikel benda padat tanpa adanya pertukaran zat. Dengan kata lain, perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi kontak fisik.

Perpindahan panas secara konduksi biasanya terjadi pada benda-benda yang padat, terutama yang memiliki sifat konduktor, yaitu benda yang dapat menghantarkan panas dengan baik. Contoh benda konduktor adalah logam, seperti besi, tembaga, alumunium, dan lain-lain. Benda yang tidak dapat menghantarkan panas dengan baik disebut isolator, seperti kayu, karet, plastik, dan lain-lain.

2. Konveksi.

Konveksi adalah perpindahan panas melalui pergerakan massa fluida (cairan atau gas). Ketika bagian dari fluida dipanaskan dan menjadi kurang padat, fluida ini naik karena perbedaan kepadatannya dan kemudian terjadi pergerakan penggantian panas. Perpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis atau tekanan antara zat cair atau gas yang dipanaskan dengan yang lebih dingin.

Zat cair atau gas yang dipanaskan akan memiliki massa jenis atau tekanan yang lebih rendah daripada yang lebih dingin, sehingga akan naik ke atas dan membentuk aliran konveksi. Zat cair atau gas yang lebih dingin akan menggantikan posisi yang ditinggalkan oleh yang lebih panas, sehingga terjadi perpindahan panas secara konveksi.

Perpindahan panas secara konveksi dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiah adalah perpindahan panas secara konveksi yang terjadi karena adanya perbedaan massa jenis atau tekanan akibat pemanasan, tanpa ada pengaruh dari faktor luar.

Contohnya, angin darat dan angin laut, pemanasan air di dalam panci, dan sirkulasi udara di dalam ruangan. Konveksi paksa adalah perpindahan panas secara konveksi yang terjadi karena adanya pengaruh dari faktor luar, seperti kipas angin, pompa, atau blower. Contohnya, pendingin ruangan, kulkas, dan radiator mobil.

3. Radiasi.

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa memerlukan zat perantara, melainkan melalui gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa, cair, gas, ataupun padat. Gelombang elektromagnetik memiliki frekuensi dan panjang gelombang yang bervariasi, seperti sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, sinar inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio. Semakin tinggi frekuensi gelombang elektromagnetik, semakin besar energi yang dibawanya.

Radiasi terjadi pada semua benda dengan suhu di atas 0 Kelvin. Semakin tinggi suhu benda, semakin besar energi radiasi yang dipancarkan. Energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda bergantung pada luas permukaan, emisivitas, dan suhu absolut benda tersebut. Emisivitas adalah ukuran kemampuan benda untuk memancarkan atau menyerap radiasi. Emisivitas berkisar antara 0 dan 1.

Benda hitam sempurna adalah benda yang memiliki emisivitas 1, artinya benda tersebut dapat memancarkan dan menyerap semua radiasi yang datang kepadanya. Benda putih sempurna adalah benda yang memiliki emisivitas 0, artinya benda tersebut tidak dapat memancarkan dan menyerap radiasi sama sekali.