Contoh Soal Konveksi Panas

Contoh Soal Konveksi Panas - Konveksi adalah bentuk utama dari perpindahan panas pada zat gas dan cair dan terkadang juga disebut sebagai " konvektif perpindahan panas". Proses konveksi perpindahan panas ini melibatkan difusi (penyebaran) dan adveksi (transportasi). Dengan kata lain, Konveksi adalah hasil dari penjumlahan melalui difusi panas dan perpindahan panas. Pergerakan konveksi didorong oleh variasi kepadatan.

Sebagai partikel pemanas membuatnya menjadi ringan dan naik. Namun seperti kenaikan panas dilakukan dengan perpindahan panas . Sebagai pemanas partikel kemudian didinginkan dengan ditenggelamkan di sepanjang sisi, karena partikel tidak bisa tenggelam melalui cairan yang lebih padat di bawah ini. Setelah tenggelam di sepanjang sisi (lihat gambar) partikel dipanaskan lagi dan siklus dilanjutkan.

Gambar di bawah ini menunjukkan dua konveksi sel. Konveksi sel mempunyai pola aliran cairan dingin dan pola cairan panas .

Proses Konveksi

Difusi merupakan peristiwa perpindahan panas yang disebabkan percampuran atau pengangkutan massal. Difusi membawa materi dengan gerak molekuler. Difusi akan selalu terjadi, kecuali secara fisik berhenti. Selama proses difusi partikel bergerak dari daerah konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah.

Gerak Brown merujuk pada pergerakan partikel dalam cairan setelah menggabungkan dengan molekul bergerak cepat atau atom dalam gas atau cairan. Pada tahun 1800 ahli botani Robert Brown menemukan bahwa serbuk sari sebenarnya partikel yang bergerak. Sekarang, gerak Brown mengacu pada fakta bahwa semua atom, ion dan molekul terus bergerak dalam pola acak (bahkan atom dan molekul padat). Jalur partikel acak dalam persamaan difusi panas atau konveksi tergantung pada berat jenis.

Panas menyebar melalui benda yang berbeda dan zat pada tingkat yang berbeda. Difusivitas Termal, laju difusi, dapat dihitung. Materi difusivitas tidak mengubah berapa banyak materi yang ada, tetap konstan. Pikirkan saja tentang meja marmer yang terpapar matahari sepanjang hari versus meja besi. Besi akan menjadi panas lebih cepat dibanddingkan marmer. Kayu maple memiliki difusivitas termal dari 0,00128, sedangkan besi memiliki difusivitas termal 0,2034.

Adveksi merupakan transportasi atau pengantaran dari kuantitas zat atau energi. Dalam proses adveksi, cairan ini mengantar energi atau apa pun dengan melalui aliran massal. Perpindahan adveksi panas memerlukan kekuatan luar, seperti arus atau angin. 

Sebuah contoh dasar adveksi seperti mengalirnya tinta di sungai dari hulu ke sungai bawah. Seperti air di sungai tinta bergerak ke hilir dan gerakan air bertindak sebagai pengangkut. Jika tinta itu dituangkan ke dalam danau , hanya akan berdifusi ke dalam air dan di sekitarnya. Demikian pula, dalam kasus energi, air atau udara akan mengantarkan energi panas . 

Terdapat dua bentuk dasar konveksi, yakni Konveksi spontan (kadang-kadang disebut sebagai Konveksi Alami ,atau gratis) dan konveksi paksaan.

Konveksi Paksaan merujuk pada arus buatan yang dibuat dengan cara buatan atau mekanis seperti pompa air atau kipas angin.

Ketika fluida memiliki variasi suhu atau gradasi fluida disekitarnya maka sumber panas menjadi kurang padat dan menjadi naik, hal ini merupakan konveksi alami. Kemudian pendingin fluida bergerak turun dari percepatan gravitasi untuk menggantikan cairan kurang padat tersebut. Ketika fluida ini dipanaskan dan juga bergerak, akan menghantarkan panas sel konveksi dari bagian bawah ke atas. Ini merupakan arus konveksi.  

Jadi perbedaan kepadatan cairan - gaya apung- mendorong terjadinya konveksi. Tegangan permukaan dan luas permukaan yang terpapar juga penting bagi konveksi.

Konveksi di Bumi

Konveksi adalah metode utama perpindahan energi panas di atmosfer kita.

Hampir semua sistem cuaca melibatkan sel konveksi di atmosfer. Seperti halnya benda cair, saat udara memanas, akan menurunkan tekanan udara, sehingga terjadi zona tekanan rendah. Tentu saja hal tersebut akan menciptakan angin yang akan menarik udara sekitarnya. Perjalanan udara di bagian atas troposfer dan udara menjadi lebih dingin, udara menjadi terasa lebih padat dan kemudian kembali ke bumi, dan menciptakan zona atau wilayah bertekanan tinggi.

Konveksi dan naiknya udara juga bisa berasal dari api, matahari menghangatkan tanah dan air, arus laut, pembentukan angin laut, sirkulasi atmosfer, udara vertikal, angin gunung semua dipengaruhi oleh proses konveksi. Lapisan konveksi mendorong pergerakan lempeng tektonik, dan konveksi inti luar bumi membantu untuk menghasilkan medan magnet bumi.

Arus laut bergerak panas dari lokasi yang berbeda karena gerakan adveksi massal. Perpindahan panas dari arus konveksi inilah yang mendorong terjadinya arus laut. Karena fluida yang dipanaskan mengembang ketika kehilangan kepadatannya, fluida kurang padat bergerak menjauhi sumber panas. Siklus konveksi (mirip dengan aliran udara) mendorong arus di sepanjang teluk dan menarik air kutub yang dingin turun dari permukaan garis lintang, menenggelamkannya dan bergerak menuju khatulistiwa, sementara air hangat kurang padat naik ke permukaan.

        

Menghitung Konveksi

Hukum Newton pada pendinginan menggambarkan konvektif memanaskan atau mendinginkan sesuatu dalam beberapa kondisi. Hukum ini menyatakan bahwa "tingkat kehilangan panas tubuh adalah sebanding dengan perbedaan suhu antara tubuh dan sekitarnya."

Di bawah ini adalah persamaan untuk konveksi.

q = hc A dT 

q = panas mengantarkan per satuan waktu (W)

A = panas mengantarkan area di permukaan (m2)

hc= konvektif panas mengantarkan proses perpindahan koefisien (W/m2K atau W/m2oC)

dT = perbedaan suhu antara permukaan fluida dan fluida massal (K or oC)

S1

Proses perpindahan panas dalam konveksi melibatkan ____________ dan ____________. 

S2

Sebentuk cairan yang dingin akan menjadi ________ padat dibandingkan saat cairan dalam keadaan hangat, dan akan _________.

S3

Jika kamu menuangkan tinta di air yang bergerak kamu harus ______________ dari air dan ____________ dari tinta.

S4

Bentuk pengangkutan partikel yang tidak memanfaatkan pergerakan massal.

S5

Dalam konveksi sel , mengapa air yang dipanaskan akan naik ke permukaan?

S6

Ketika udara hangat naik ke atmosfer apa yang bisa dihasilkan?

S7

Sebutkan dua metode konveksi?

S8

Mengapa konveksi energi panas tidak bekerja di stasiun luar angkasa?

S9

Konveksi Alami adalah hasil dari ___________ paksaan karena perbedaan dalam ____________.

S10

Pada persamaan berikut ini , Apa fungsi dari adanya variabel 'q' ? 
q = hc A dT 

Share this post