Perpindahan Kalor Secara Radiasi (Pancaran) – Rumus Dan Contoh Soalnya Lengkap
Contoh Soal Radiasi – Jarak antara bumi ke matahari adalah 149.600.0000 km dan antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa udara. Hal itu tidak memungkinkan terjadinya perpindahan kalor/panas dengan konveksi/konduksi.
Namun tetap pada panas matahari yang jaraknya ratusan kilometer bisa dirasakan dari permukaan bumi. Dalam peristiwa itu kalor tak bisa berpindah secara konduksi. Yang dimana pada proses perpindahan kalor secara konduksi, harus terdapat perantara yang bentuknya zat padat.
Kalor yang dihasilkan oleh matahari tak bisa berpindah secara konveksi, baik alamiah atau konveksi paksa. Karena harus ada zat cair/gas dalam mengalirkan panas matahari.
Perpindahan kalor dari matahari ke permukaan bumi bisa terjadi dengan radiasi/pancaran, yang dimana prosesnya tidak membutuhkan medium untuk sampai pada permukaan bumi. Sehingga yang dimaksud radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara dan berbentuk gelombang elektromagnetik. Alat yang dipakai untuk mengetahui radiasi/pancaran itu disebut dengan termoskop. Untuk membuat termoskop yang sederhana cukup mudah.
Memakai dua buah lampu pijar bekas (lampu A dan lampu B) yang dihilangkan filamen dengan caa melubangi di bagian bawahnya. Bola lampu B dihitamkan, sedangkan bola lampu A tetap. Kemudian kedua buah lampu tersebut disambungkan dengan satu buah pipa U yang berisi alkohol yang diberi warna.
Apabila pancaran kalor jatuh pada permukaan pada bola B, maka tekanan gas di dalam bola B akan bertambah besar dan permukaan alkohol di bawah bola A akan naik. Apabila A dan B bersamaan diberi pancaran kalor, permukaan alkohol di bawah B tetap turun dan permukaan alkohol di bawah A akan naik.
Peristiwa tersebut menggambarkan bahwa bola hitam bisa menyerap kalor yang lebih banyak jika dibanding dengan bola lampu yang tak dihitamkan. Kesimpulannya suatu benda yang permukaannya hitam kusam akan memancarkan/menyerap kalor yang lebih baik jika dibanding benda yang permukaannya berwarna putih.
Rumus Perpindahan Kalor
Laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan dengan cara radiasi oleh suatu benda secara empiris ditemukan oleh Josef Stefan di tahun 1879. Stefan mengemukakan bahwa laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda sebanding dengan luas permukaan pada benda dan pangkat empat suhu absolutnya. Hasil empiris diturunkan dengan teoritis oleh Ludwig Boltzmann di tahun 1884 yang dikenal dengan hukum Stefan-Boltzmann yang bisa dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
P = eσAT44
Keterangan :
P = Daya yang diradiasikan (watt)
e = Emisivitas suatu benda
σ = Konstanta Stefan (5,6703 x 10-8 W/m2K4).
A =Luas suatu benda yang memancarkan radiasi (m2)
T = Suhu mutlak (K)
Nilai emisivitas e sebuah benda bergantung dengan warna permukaan suatu benda tersebut. Permukaan sebuah benda yang berwarna hitam sempurna nilai e = 1, sedang untuk suatu benda yang warnanya putih sempurna nilai e = 0. Jadi nilai emisivitas e secara umum adalah 0 < e < 1.
Contoh Soal Perpindahan Kalor
Sebuah bola tembaga memiliki luas 20 cm2 selanjutnya dipanaskan sampai berpijar pada suhu 127o Apabila emisivitas bahan adalah 0,4 dan tetapan Stefan adalah 5,67 x 10-8 W/m2K4, maka hitunglah energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut setiap sekonnya.
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2
T = (127 + 273) = 400 K
e = 0,4
σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4
Ditanya: P:…?
Jawab:
P = eσAT4
P = (0,4).(5,67 x 10-8).(2 x 10-3).(400)4
P = (0,4).(5,67 x 10-8).(2 x 10-3).(256 x 108)
P = 1161,23 x 10-3 W
P = 1,61123 W ≈ 1,2 W
Jadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu bola tersebut pada setiap sekon adalah 1,2 watt.
Itulah pembahasan materi tentang Contoh Soal Radiasi yang berkaitan dengan perpinahan kalor secara lengkap. Semoga mudah dipahami dan dapat membantu anda dalam menyelesaikan soal radiasi. Semoga bermanfaat.
Baca Juga :
