Konduktivitas Termal

AhmadDahlan.NET – Panas atau Kalor adalah bentuk energi yang ditinjau dalam keadaan berpindah (bergerak). Proses perpindahan panas ini bergantung dari fase benda yang memindahkan dan menerima panas. Pada benda dengan fase solid, panas berpindah tanpa diikuti perpindahan materinya. Perpindahan ini disebut sebagai Konduktivitas Panas.

Konduktivitas Termal

Ketika dua buah benda padat bersentuhan satu sama lain, akan terjadi interaksi antar partikel yang ada di bidang batas bensa. Interaksi ini dapat melibatkan perpindahan kalor jika salah satu dari benda tersebut memiliki suhu yang lebih tinggi.

Interaksi energi panas yang terjadi pada proses konduksi tidak melibatkan pertukaran materi antar benda. Proses perpindahan energi terjadi berdasarkan prinsip momentum pada tingkat partikel. Interkasi tersebut ditunjukkan pada ilustrasi di bawah ini!

Ilustrasi di atas menunjukkan dua ujung yang bersentuhan antara dua benda dengan energi kinetik partikel di daerah sekitar bidang batas yang berbeda. Moleku yang awalnya memiliki suhu T₁ akan menumbuk dinding yang juga ditumbuk oleh molekul dengan suhu T₃.

Tumbukan antara Molekul T₁ dan T₃ inilah yang menyebabkan perpindahan energi panas antar partikel. Energi dari T₁ yang lebih tinggi berpindah ke T₃, sehingga suhunya berubah menjadi T₄. Karena kehilangan energi, maka suhu T₁ akan turun menjadi T₂.

Identitas suhu yang dapat dikenali dari poses ini adalah

T₁>T₂
T₁>T₃
T₃<T₄

Hubungan antara T₂ dan T₄ tidak bisa ditentukan karena hal ini bergantung dari selesih perbedaan suhu antara T₁ dan T_3.

Kecepatan perpindahan energi panas tergantung dari selisih panas dari dua benda dan seberapa luas bidang sentuh antara benda. Dengan demikian perpindahan panas dapat dinyatakan dalam bentuk :

\frac{Q}{t} ∼ \frac{A.dT}{L}

Kecepatan perpindahan panas ini bergantung dari koefisiens konduktivitas termal (k) sebuah benda. Dengan demikian rumus konduktivitas termal yakni :

\frac{Q}{t} = \frac{k.A.\Delta T}{L}

Simbol Q ini mewakili yang berpindah selama selang waktu t. Dengan demikian Konduktitvas Termal ini memiliki satuan Joule/sekon atay Watt. Satuan ini adalah satuan daya (P).

Konduktivitas termal terjadi bedan dengan fasa padat namun tidak semua benda bisa mengalami Perpindahan panas ini. Benda dengan konduktivitas tinggi bisa mengalami perubahan panas sangat cepat, benda-benda ini disebut konduktor panas dan pada umumnya konduktor panas yang baik adalah logam. Benda yang sulit melakukan transfer panas melalui konduksi disebut isolator dan umumnya merupakan polimer.

Contoh Soal

1. Sebatang besi dengan luas penampang 24 cm₂ memiliki panjang 4 m. Jika perbedaan suhu antara ujung-ujung besi ini adalah 50º C dan koefisien konduksi termalnya adalah 0,2 kal/msC, maka kecepatan rambat kalor adalah…
2. Dua batang besi X dan Y disambungkan pada salah satu ujungnya. Pada ujung-ujung yang lain diberi panas dengan suhu berbeda, 60º C dan 30º C. Jika panjang logam sama dan konduktivitas besi X dua kali lipat besi Y. Suhu sambungan dari logam tersebut adalah …