Konduksi adalah: pengertian, contoh, manfaat dan jenis

Konduksi, secara umum, adalah proses transmisi energi dari satu partikel medium ke yang lain, tetapi di sini setiap partikel medium tetap pada posisinya masing-masing. Dalam Fisika atau Kimia, arti konduksi dipahami terutama sebagai transfer energi panas atau muatan listrik melalui suatu bahan. Konduksi dapat terjadi dalam padatan, cairan, dan gas.

Ketika konduksi panas terjadi, energi panas biasanya ditransfer dari molekul ke molekul lain karena mereka bersentuhan langsung satu sama lain. Namun, tidak ada perubahan posisi molekul. Mereka hanya bergetar satu sama lain.

Selama konduksi listrik, ada pergerakan partikel bermuatan listrik dalam medium. Dengan demikian, arus listrik biasanya dibawa dan dipindahkan oleh ion atau elektron.

Pengantar

Perpindahan panas adalah disiplin teknik yang mengacu pada pembangkitan, penggunaan, konversi, dan pertukaran panas (energi termal) antara sistem fisik. Dalam rekayasa energi, ini menentukan parameter kunci dan bahan penukar panas.

Konduksi adalah istilah yang mengacu pada transfer energi melalui pergerakan partikel yang bersentuhan satu sama lain. Dalam fisika, kata “konduksi” digunakan untuk menggambarkan tiga jenis perilaku, yang didefinisikan oleh jenis energi yang ditransfer:

  • Konduksi kalor (atau konduksi termal) adalah transfer energi dari zat yang lebih hangat ke yang lebih dingin melalui kontak langsung, seperti seseorang menyentuh pegangan wajan logam panas.
  • Konduksi listrik adalah transfer partikel bermuatan listrik melalui media, seperti listrik yang bepergian melalui kabel listrik di rumah Anda.
  • Konduksi suara (atau konduksi akustik) adalah transfer gelombang suara melalui suatu media, seperti getaran dari musik keras yang melewati dinding.
Contoh konduksi

Gambar contoh perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan panas umumnya diklasifikasikan ke dalam beberapa mekanisme, seperti:

  • Konduksi panas. Konduksi panas, juga disebut difusi, terjadi di dalam benda atau di antara dua benda yang bersentuhan. Ini adalah pertukaran mikroskopis langsung dari energi kinetik dari partikel melintasi batas antara dua sistem. Ketika suatu benda berada pada suhu yang berbeda dari benda lain atau lingkungannya
  • Konveksi panas. Konveksi panas tergantung pada pergerakan massa dari satu daerah ruang ke yang lain. Konveksi panas terjadi ketika aliran fluida (gas atau cairan) membawa panas bersama dengan aliran materi dalam fluida.
  • Radiasi termal. Radiasi adalah perpindahan panas oleh radiasi elektromagnetik, seperti sinar matahari, tanpa perlu materi hadir di ruang antara benda.

Pengertian Konduksi

Konduksi dalam fisika adalah peritiwa dari bentuk-bentuk energi, yaitu panas atau listrik.

Konduksi kalor terjadi antara dua benda yang saling bersentuhan. Energi kalor bergerak dari satu ke yang lain. Dalam konduksi kalor, energi panas bergerak dari titik panas ke titik dingin. Pada akhirnya, kedua bahan tersebut akan keluar dalam suhu karena panas terus berpindah hingga suhunya sama. Ini adalah keadaan keseimbangan. Contoh konduksi kalor misalnya, satu panci sup panas diambil dari oven dan diletakkan di atas meja. Area meja di bawah pot menjadi panas. Panas dari pot dipindahkan ke atas meja dengan konduksi.

Konduksi listrik biasanya dilakukan melalui kabel atau kawat. Sesuatu yang dapat dengan mudah dipindahkan oleh elektron adalah konduktor listrik yang baik. Logam sebagian besar adalah konduktor yang baik. Insulator seperti karet adalah konduktor yang buruk. Plastik adalah isolator. Beberapa bahan, seperti kaca, adalah konduktor untuk panas tetapi bukan listrik.

Selain konduksi, cara utama lain untuk menggerakkan energi adalah dengan radiasi dan konveksi.

Bahan yang memberikan konduksi yang baik disebut konduktor, sedangkan bahan yang memberikan konduksi yang buruk disebut insulator.

Bagaimana Konduksi kalor terjadi?

Konduksi kalor dapat dipahami, pada tingkat atom, ketika partikel secara fisik mentransfer energi panas ketika mereka bersentuhan secara fisik dengan partikel tetangga.

Konduksi ini mirip dengan penjelasan panas oleh teori kinetik gas, meskipun perpindahan panas dalam gas atau cairan biasanya disebut sebagai konveksi. Laju perpindahan panas dari waktu ke waktu disebut arus konduksi, dan itu ditentukan oleh konduktivitas termal material, jumlah yang menunjukkan kemudahan panas yang dihantarkan dalam material.

Contoh konduksi lain misalnya, jika batang besi dipanaskan di satu ujung, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, panas dipahami secara fisik sebagai getaran masing-masing atom besi di dalam batang. Atom-atom di sisi yang lebih dingin dari bar bergetar dengan energi yang lebih sedikit. Ketika partikel-partikel energik bergetar, mereka bersentuhan dengan atom-atom besi yang berdekatan dan memberikan sebagian energinya kepada atom-atom besi lainnya. Seiring waktu, ujung panas batang kehilangan energi dan ujung batang dingin mendapatkan energi, sampai seluruh batang memiliki suhu yang sama. Ini adalah kondisi yang dikenal sebagai kesetimbangan termal.

Namun, dalam mempertimbangkan perpindahan kalor, contoh di atas kehilangan satu poin penting: batang besi bukan sistem yang terisolasi. Dengan kata lain, tidak semua energi dari atom besi yang dipanaskan ditransfer dengan konduksi ke atom besi yang berdekatan. Kecuali jika ditahan oleh isolator di ruang vakum, batang besi juga bersentuhan dengan meja atau landasan atau benda lain, dan juga bersentuhan dengan udara di sekitarnya. Ketika partikel-partikel udara bersentuhan dengan benda lain, mereka juga akan mendapatkan energi dan membawanya menjauh dari batang (meskipun lambat, karena konduktivitas termal dari udara yang tidak bergerak sangat kecil). Batang juga sangat panas sehingga bersinar, yang berarti bahwa ia memancarkan sebagian energi panasnya dalam bentuk cahaya. Ini adalah cara lain di mana atom bergetar kehilangan energi. Jika dibiarkan sendiri, bilah akhirnya akan dingin dan mencapai kesetimbangan termal dengan udara di sekitarnya.

Contoh Konduksi

Berikut adalah beberapa contoh proses konduksi kalor:

  • Ketika berjalan di luar tanpa alas kaki siang hari, panas dari aspal berpindah secara konduksi ke kakinya
  • Seorang anak laki-laki dipeluk ibunya menjadi hangat. Ini karena panas dipindahkan secara konduksi dari tubuh ibunya ke tubuhnya sendiri melalui proses konduksi.
  • Wajan besi dingin diletakkan di atas kompor. Ketika kompor dihidupkan, wajan menjadi sangat panas karena konduksi panas dari kompor ke wajan.
  • Kemeja ditempatkan di papan setrika untuk disetrika. Panas dari setrika bepindah secara konduksi ke baju, membuatnya mudah untuk menghilangkan semua kerutan yang tidak sedap dipandang dan membuat kemeja terlihat tajam.
  • Mesin mobil dihidupkan, dan kap mobil menjadi hangat karena konduksi panas dari mesin ke kap mobil secara konduksi.
  • Balok es diletakkan di tangan kita. Seiring waktu, panas berpindah secara konduksi dari tangan pria itu ke es batu akan menyebabkan es mencair.
  • Seorang anak laki-laki mengambil satu sen dari meja, dan itu terasa sangat dingin saat disentuh. Setelah memegangnya selama beberapa detik, panas dari tangannya secara konduksi ke koin logam.
  • Radiator dihidupkan untuk menghangatkan rumah pada hari yang dingin, dan pemilik rumah meletakkan topinya di atasnya. Topi menjadi lebih hangat karena radiator menghantarkan panas secara konduksi padanya.
  • Seorang anak laki-laki menempatkan hot dog di ujung gantungan baju besi yang terbuka dan mulai memasaknya di atas api. Setelah beberapa saat, gantungan mulai terasa panas karena panas yang dilakukan secara konduksi dari api panas di sepanjang potongan kawat.

Jenis Konduksi

Ada dua jenis konduksi utama. Mereka;

  • Konduksi tunak (steady-state)
  • Konduksi sementara

Konduksi Tunak

Jika suhu penampang pada posisi apa pun x pada pelat di atas tetap konstan dengan waktu (ingat, itu bervariasi dengan posisi x), pelat dikatakan dalam kondisi mapan.

Ingatlah kondisi-mapan berbeda dari kesetimbangan termal yang suhunya pada posisi apa pun (x) dalam pelat harus sama.

Untuk konduktor dalam kondisi mapan, tidak ada penyerapan atau emisi panas pada setiap penampang (karena suhu di setiap titik tetap konstan dengan waktu). Wajah kiri dan kanan dipertahankan pada suhu konstan TH dan TC masing-masing, dan semua wajah lainnya harus ditutup dengan dinding adiabatik sehingga tidak ada panas yang lolos melalui mereka dan jumlah panas yang sama mengalir melalui setiap penampang dalam interval waktu tertentu . Maka Q1 = Q = Q2. Akibatnya, gradien suhu konstan di seluruh pelat.

Konduksi Sementara atau Konduksi Non-Stabil

Selama konduksi sementara, suhu dapat berubah atau bervariasi pada bagian mana pun dalam suatu objek pada waktu tertentu. Mode konduksi ini juga disebut sebagai konduksi “non-steady-state”. Pada dasarnya poin utama yang harus kita pertimbangkan di sini adalah ketergantungan suhu waktu pada objek.

Konduksi non-steady-state biasanya terjadi ketika perubahan suhu diperkenalkan dalam area luar objek atau di dalam. Perubahan suhu disebabkan oleh masuknya tiba-tiba dari sumber panas baru dalam objek.

Contoh konduksi transien adalah permulaan mesin di kendaraan. Dalam hal ini, sumber panas baru ditambahkan ketika mesin dihidupkan. Namun, fase konduksi termal transien hanya untuk sesaat. Ketika mesin mencapai suhu operasi tertentu, fase mapan muncul.

Konduksi listrik

Konduksi listrik terjadi ketika suatu bahan memungkinkan arus listrik melewatinya. Apakah ini mungkin tergantung pada struktur fisik bagaimana elektron terikat dalam materi dan seberapa mudah atom dapat melepaskan satu atau lebih dari elektron terluarnya ke atom tetangga. Sejauh mana suatu bahan menghambat konduksi arus listrik disebut hambatan listrik material.

Material tertentu, ketika didinginkan hingga mendekati nol mutlak, kehilangan semua hambatan listrik dan memungkinkan arus listrik mengalir melaluinya tanpa kehilangan energi. Bahan-bahan ini disebut superkonduktor.

Konduksi Suara

Suara secara fisik diciptakan oleh getaran, jadi itu mungkin contoh konduksi yang paling jelas. Suara menyebabkan atom-atom di dalam suatu bahan, cairan, atau gas bergetar dan mentransmisikan, atau melakukan, suara melalui materi. Isolator sonik adalah bahan yang atom-atom individualnya tidak mudah bergetar, membuatnya ideal untuk digunakan dalam peredam suara.

Contoh Konveksi

Apa itu konveksi? Konveksi adalah transmisi kalor berdasarkan pergerakan aktual suatu molekul zat: di sini fluida yang dapat berupa gas atau cairan ikut campur.

Transmisi kalor konvektif hanya dapat terjadi dalam cairan di mana dengan gerakan alami (fluida mengekstraksi kalor dari zona panas dan mengubah kepadatan) atau sirkulasi paksa (melalui kipas yang menggerakan fluida), partikel dapat memindahkan pengangkutan panas tanpa mengganggu kesinambungan fisik benda.

Berikut serangkaian contoh konveksi:

  • Perpindahan panas kompor.
  • Balon udara panas, yang disimpan di udara melalui udara panas. Jika dingin, balon segera mulai jatuh.
  • Ketika uap air mengaburkan gelas mandi, dengan suhu air panas saat mandi.
  • Pengering tangan atau rambut, yang mengirimkan panas dengan konveksi paksa.
  • Perpindahan panas yang dihasilkan oleh tubuh manusia saat seseorang tidak memakai kaki.

Contoh Radiasi

Apa itu radiasi? Radiasi adalah panas yang dipancarkan oleh benda karena suhunya, dalam proses yang tidak memiliki kontak antara tubuh atau cairan perantara yang mengangkut panas.

Radiasi berarti karena ada benda padat atau cair dengan suhu lebih besar dari yang lain, perpindahan panas dari satu ke yang lain segera terjadi. Fenomena tersebut adalah dari transmisi gelombang elektromagnetik, yang berasal dari benda-benda pada suhu yang lebih tinggi daripada nol absolut: semakin tinggi suhu, maka semakin tinggi pula gelombang tersebut.

Itulah yang menjelaskan bahwa radiasi hanya dapat terjadi selama benda berada pada suhu yang sangat tinggi.

Berikut adalah sekelompok contoh di mana radiasi terjadi:

  • Transmisi gelombang elektromagnetik melalui oven microwave.
  • Panas yang dipancarkan oleh radiator.
  • Radiasi ultraviolet matahari, tepatnya proses yang menentukan suhu bumi.
  • Lampu dipancarkan oleh lampu pijar.
  • Emisi sinar gamma oleh inti atom.

Proses perpindahan kalor meningkatkan dan menurunkan suhu benda yang terkena, tetapi juga kadang-kadang (seperti dicontohkan oleh es) bertanggung jawab atas fenomena perubahan fasa, seperti air mendidih dalam uap, atau leleh, air di atas es. Rekayasa memusatkan banyak upayanya untuk mengambil keuntungan dari kemungkinan memanipulasi keadaan benda melalui transmisi panas.

Manfaat Konduksi

Konduksi bermanfaat untuk mengatasi fenomena berikut:

  • Es ditutupi dalam tas goni untuk mencegah pencairan.
  • Pakaian wol cocok dipakai di musim dingin karena lebih hangat.
  • Kita merasa lebih hangat dalam mantel bulu.
  • Dua selimut tipis lebih hangat dari satu selimut dengan ketebalan dua kali lipat.
  • Burung sering membengkak bulunya di musim dingin.
  • Selimut baru lebih hangat daripada yang lama.
  • Ceret dilengkapi dengan gagang kayu.
  • Eskimo membuat rumah es berdinding ganda.
  • Di musim dingin, kursi besi tampak lebih dingin daripada kursi kayu.

(j) Termos dibuat berdinding ganda.



One Response to “Konduksi adalah: pengertian, contoh, manfaat dan jenis”
  1. septiani 2020-04-23

Leave a Reply