Konveksi adalah: Pengertian, Contoh, jenis, proses

Konveksi adalah proses alami di mana panas ditransfer antara dua zat cair, antara dua zat gas atau gas dan cairan, selama mereka berada pada suhu suhu yang berbeda.

Bahkan, konveksi dapat disebut proses perpindahan panas antara gas dan padatan atau antara cairan dan padatan pada suhu yang berbeda. Tetapi ada banyak lagi yang perlu diketahui tentang konveksi dan kami akan membicarakannya.

Konveksi adalah perpindahan panas oleh pergerakan fluida (cairan atau gas) antara area dengan temperatur berbeda.

Udara hangat kurang sepadat udara dingin, sehingga arus konveksi dapat terbentuk dengan adanya gradien suhu. Ketika arus hanya dihasilkan oleh perbedaan densitas yang diturunkan suhu dalam fluida, itu dikenal sebagai konveksi alami.

Ketika arus konveksi disebabkan oleh faktor eksternal seperti pompa atau kipas, ini adalah konveksi paksa.

Semakin cepat cairan dipindahkan, semakin cepat laju konveksi.

Perpindahan kalor

Kita semua tahu bahwa perpindahan panas terjadi ketika ada perbedaan suhu antara dua benda yang bersentuhan langsung; saat itulah aliran panas benda muncul dari suhu tertinggi ke terendah.

Baik cairan dan gas dianggap sebagai fluida, dan gerakan molekuler bertanggung jawab untuk mentransfer panas secara alami. Konduktivitas panasnya yang buruk membutuhkan transfer massa paksa untuk mengekstraksi atau memindahkan panas, baik dengan mendinginkan atau memanaskan zat padat atau cairan.

Pengertian Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor oleh gerakan massal molekul dalam fluida seperti gas dan cairan. Transfer panas awal antara objek dan fluida terjadi melalui konduksi, tetapi perpindahan panas massal terjadi karena gerakan fluida.

Selama bernapas, konveksi memindahkan material bersama dengan udara dari ruang yang mengelilingi seseorang ke saluran pernapasan, membawa material tersebut menjadi dekat dengan lapisan saluran pernapasan.

Konveksi bergantung pada geometri jalan napas memainkan peran besar dalam spesifisitas lokasi pengendapan partikel dan gas dan uap yang sangat larut.

Konveksi adalah proses perpindahan panas dalam cairan oleh gerakan materi yang sebenarnya.

  • Itu terjadi dalam cairan dan gas.
  • Mungkin alami atau dipaksakan.
  • Ini melibatkan transfer sebagian besar cairan.

Apa itu Konveksi:

Konveksi adalah salah satu dari tiga bentuk perpindahan kalor (konduksi, konveksi dan radiasi) yang mengangkut panas antara area dengan suhu berbeda. Ini hanya terjadi melalui bahan, penguapan air atau cairan.

Konveksi itu sendiri adalah pengangkutan kalor melalui pergerakan fluida. Misalnya, ketika memanaskan air dalam panci, air yang bersentuhan dengan dasar panci naik ketika dipanaskan, sedangkan air permukaan turun ke sisi ketika dingin, dan menempati tempat yang ditinggalkan oleh bagian panas.

Perpindahan kalor melibatkan pengangkutan panas dalam satu volume dan pencampuran elemen makroskopis dari bagian panas atau dingin dari gas atau cairan. Ini juga mencakup pertukaran energi antara permukaan padat dan fluida atau melalui pompa, kipas angin atau perangkat mekanis lainnya (konveksi mekanik, paksa atau berbantuan).

Dalam transfer kalor bebas atau alami, cairan lebih panas atau lebih dingin. Kontak dengan permukaan padat menyebabkan sirkulasi karena perbedaan kepadatan yang dihasilkan dari gradien suhu dalam fluida.

Hukum Pendinginan Newton

Newton memberikan kontribusi besar dalam mengembangkan persamaan yang mengatur proses perpindahan kalro secara konveksi dengan rumus berikut:

dQ / dt = K (T1-T2)

Ini adalah persamaan yang digunakan untuk mengatur aliran panas yang hilang dalam energi, seperti ketika pemanas bekerja di sebuah ruangan untuk mengurangi dinginnya musim dingin yang intens di rumah-rumah di tempat yang sangat dingin. Tapi itu juga berfungsi untuk mengukur aliran kalor dalam kasus boiler, kipas aksi paksa dan induksi, dan, secara umum, semua jenis perpindahan kalor secara konveksi.

  • dQ / dt: adalah aliran panas yang terjadi dalam satuan waktu melalui satuan permukaan karena perbedaan suhu antara interior rumah dan lingkungan eksternal.
  • K: koefisien konduksi termal dari sifat-sifat dinding rumah, atau, dalam hal boiler, dinding pipa.
  • T1 dan T2: adalah suhu di dalam dan di luar rumah, atau di dalam dan di luar pipa boiler.

Contoh

Contoh konveksi umum:

  • Panas memancar dari kompor.
  • Jendela kamar mandi berkabut oleh uap.
  • Balon udara panas yang dapat tetap berada di udara berkat adanya udara panas di dalamnya.
  • Pengering rambut, bekerja berkat mekanisme konveksi paksa.
  • Udara yang dihasilkan oleh konveksi karena kekuatan angin.
  • Air yang mendidih merata ketika dipanaskan dalam ceret.
  • Minyak goreng mendidih ketika dipanaskan diatas wajan.
  • Terjadinya angin darat dan angin laut.
  • Asap pada cerobong pabrik yang bergerak naik.
  • Asap yang dihasilkan kendaraan bermotor.
  • Daging menjadi matang ketika dipanggang di atas bara api.
  • Udara panas ketika terjadi kebakaran hutan.

Contoh Konveksi dalam kehidupan nyata:

  • Air mendidih – Panas berpindah dari kompor ke panci secara konveksi, memanaskan air di bagian bawah. Kemudian, air panas ini naik dan air dingin turun untuk menggantikannya, menyebabkan gerakan memutar.
  • Radiator – Menempatkan udara hangat di bagian atas dan menarik udara dingin secara konveksi di bagian bawah.
  • Secangkir teh hangat – Uap menunjukkan panas dipindahkan ke udara secara konveksi.
  • Pencairan es – Panas bergerak ke es dari udara secara konveksi. Ini menyebabkan meleleh dari padatan menjadi cair.
  • Balon udara panas – Pemanas di dalam balon memanaskan udara sehingga udara bergerak ke atas secara konveksi. Ini menyebabkan balon naik karena udara panas terperangkap di dalamnya. Ketika pilot ingin turun, ia melepaskan beberapa udara panas dan udara sejuk terjadi, menyebabkan balon turun.
  • Pencairan bahan beku – Makanan beku meleleh lebih cepat di bawah air mengalir yang dingin jika ditempatkan dalam air. Tindakan air mengalir mentransfer panas ke dalam makanan secara konveksi lebih cepat.

Contoh konveksi dalam Meteorologi dan Geologi:

  • Mantel konveksi – Mantel batu di Bumi bergerak perlahan karena arus konveksi yang memindahkan panas dari bagian dalam Bumi ke permukaan. Ini adalah alasan lempeng tektonik bergerak secara bertahap di sekitar Bumi. Bahan panas ditambahkan di tepi piring yang tumbuh dan kemudian dingin. Di tepi konsumsi, material menjadi padat dengan berkontraksi dari panas dan tenggelam ke Bumi pada parit laut. Ini memicu pembentukan gunung berapi.
  • Sirkulasi oseanik – Air hangat di sekitar khatulistiwa bersirkulasi secara konveksi menuju kutub dan air dingin di kutub bergerak ke arah khatulistiwa.
  • Efek tumpukan – Juga disebut sebagai efek cerobong, ini adalah pergerakan udara masuk dan keluar bangunan secara konveksi, cerobong asap atau benda-benda lain karena daya apung. Dalam hal ini, daya apung mengacu pada perbedaan kepadatan di udara antara udara di dalam dan udara di luar. Gaya daya apung meningkat karena semakin tinggi tinggi struktur dan perbedaan yang lebih besar antara tingkat panas di dalam dan di luar udara.
  • Konveksi bintang – Bintang memiliki zona konveksi di mana energi digerakkan oleh konveksi. Di luar inti adalah zona radiasi di mana plasma bergerak. Arus konveksi terbentuk ketika plasma naik dan plasma yang didinginkan turun.
  • Gravitasi konveksi – Ini menunjukkan ketika garam kering berdifusi ke bawah ke tanah basah karena air tawar mengapung dalam air garam.

Konveksi paksa contohnya pada kipas, pompa atau perangkat hisap digunakan untuk memfasilitasi konveksi.

Jenis

Konveksi paksa dan konveksi alami

Konveksi dapat terjadi secara alami (“konveksi alami”) atau karena perangkat yang bergerak (“konveksi paksa”).

Kipas adalah perangkat yang menghasilkan pergerakan udara secara artifisial. Udara dalam hal ini bergerak karena rotasi kipas. Ini adalah contoh “konveksi paksa”.

Konveksi alami terjadi karena fluida lebih ringan jika panas dan lebih berat jika dingin, jadi jika fluida memiliki bagian panas dan dingin, bagian panas secara alami akan bergerak ke atas dan bagian dingin secara alami bergerak ke bawah. Misalnya, jika air dalam panci lebih panas di dekat bagian bawah karena api, ia bergerak dari bawah ke permukaan. Pada saat yang sama air di dekat permukaan lebih dingin sehingga bergerak ke dasar.

Arus konveksi

Arus konveksi terjadi ketika ada perbedaan suhu yang signifikan antara dua bagian fluida. Saat ini terjadi, cairan panas meningkat dan cairan dingin meresap. Ini menyebabkan pergerakan atau arus dalam fluida. Sirkulasi atmosfer, misalnya, dibuat oleh arus konveksi.

Konveksi gas

Jika benda panas dikelilingi oleh udara dingin, panas berpindah ke udara secara konveksi dengan kontak langsung dengan benda. Proses ini serupa tetapi terbalik jika udara hangat mengelilingi benda yang lebih dingin, udara menjadi lebih dingin saat transfer panas ke benda secara konveksi.

Konveksi cairan

Proses konveksi serupa terjadi dalam cairan, meskipun pada laju yang lebih lambat sesuai dengan viskositas cairan. Namun, tidak dapat diasumsikan bahwa konveksi dalam cairan menghasilkan komponen yang lebih dingin tenggelam dan yang lebih hangat naik.

Konveksi cairan tergantung pada cairan dan suhu yang bersangkutan. Air mencapai kerapatan terbesarnya pada sekitar 4 ° C. Oleh karena itu dalam kolom air, awalnya pada suhu 4 ° C, setiap bagian yang panasnya diterapkan akan naik ke atas. Atau, jika ada bagian yang didinginkan di bawah 4 ° C, juga akan naik ke atas dan air yang relatif hangat akan tenggelam ke dasar.

Contoh Konveksi

Konveksi atmosfer bumi

Perpindahan panas secara konveksi memunculkan angin dan arus udara, karena pada siang hari Matahari memanaskan tanah, yang menyerahkan sebagian energinya ke udara melalui konduksi dan memanaskan dengan konveksi. Saat udara menghangat, densitasnya berkurang dan menjadi lebih ringan, naik.

Udara yang lebih dingin turun, karena lebih berat karena kepadatannya lebih tinggi daripada udara panas. Bagian dari udara panas naik menciptakan arus itu dan yang lain bergerak secara horizontal menciptakan angin. Udara panas yang telah naik sangat tinggi melepaskan panas ini di malam hari, mengatur suhu Bumi, dan menghindari pemanasan global.

Perbedaan konduksi, konveksi, radiasi

Perpindahan panas adalah tindakan fisik energi termal yang dipertukarkan antara dua sistem dengan membuang panas. Suhu dan aliran panas adalah prinsip dasar perpindahan panas. Jumlah energi panas yang tersedia ditentukan oleh suhu, dan aliran panas mewakili pergerakan energi panas.

Pada skala mikroskopis, energi kinetik molekul adalah hubungan langsung dengan energi termal. Ketika suhu naik, molekul-molekul meningkat dalam agitasi termal yang dimanifestasikan dalam gerakan linear dan getaran. Daerah yang mengandung energi kinetik lebih tinggi mentransfer energi ke daerah dengan energi kinetik yang lebih rendah. Sederhananya, perpindahan panas dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori besar: konduksi, konveksi, dan radiasi.

Proses Konduksi

Konduksi memindahkan panas melalui tumbukan molekul langsung. Area energi kinetik yang lebih besar akan mentransfer energi panas ke area dengan energi kinetik yang lebih rendah. Partikel berkecepatan tinggi akan bertabrakan dengan partikel berkecepatan lebih lambat.

Partikel berkecepatan lebih rendah akan meningkatkan energi kinetik sebagai hasilnya. Konduksi adalah bentuk transfer panas yang paling umum dan terjadi melalui kontak fisik. Contohnya adalah menempatkan tangan Anda ke jendela atau menempatkan logam ke api yang terbuka.

Proses konduksi panas tergantung pada faktor-faktor berikut: gradien suhu, penampang material, panjang jalur perjalanan, dan sifat material fisik. Gradien suhu adalah kuantitas fisik yang menggambarkan arah dan laju perjalanan panas.

Aliran suhu akan selalu terjadi dari terpanas ke terdingin atau, seperti yang dinyatakan sebelumnya, lebih tinggi ke energi kinetik yang lebih rendah. Setelah ada keseimbangan termal antara dua perbedaan suhu, transfer termal berhenti.

Penampang dan lintasan perjalanan keduanya memainkan bagian penting dalam konduksi. Semakin besar ukuran dan panjang objek, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk memanaskannya. Dan semakin besar area permukaan yang terpapar, semakin banyak panas yang hilang. Benda yang lebih kecil dengan penampang yang kecil memiliki kehilangan panas minimal.

Sifat fisik menentukan bahan mana yang mentransfer panas lebih baik daripada yang lain. Secara khusus, koefisien konduktivitas termal menentukan bahwa bahan logam akan melakukan panas lebih baik daripada kain ketika datang ke konduksi.

Proses Konveksi

Ketika fluida, seperti udara atau cairan, dipanaskan dan kemudian bergerak menjauh dari sumbernya, ia membawa energi panas. Jenis perpindahan panas ini disebut konveksi. Cairan di atas permukaan panas mengembang, menjadi kurang padat, dan naik.

Pada tingkat molekuler, molekul-molekul mengembang setelah pengenalan energi termal. Ketika suhu massa cairan yang diberikan meningkat, volume cairan harus meningkat dengan faktor yang sama. Efek ini pada fluida menyebabkan perpindahan. Saat udara panas langsung naik, ia mendorong udara yang lebih padat dan dingin ke bawah.

Proses Radiasi

Radiasi termal dihasilkan dari emisi gelombang elektromagnetik. Gelombang-gelombang ini membawa energi menjauh dari objek yang memancarkan. Radiasi terjadi melalui ruang hampa atau media transparan (baik padat atau cair).

Radiasi termal adalah hasil langsung dari pergerakan acak atom dan molekul dalam materi. Pergerakan proton dan elektron yang bermuatan menghasilkan emisi radiasi elektromagnetik.

Semua bahan memancarkan energi panas berdasarkan temperaturnya. Semakin panas suatu objek, semakin banyak ia akan memancarkannya. Matahari adalah contoh yang jelas dari radiasi panas yang mentransfer panas melintasi tata surya.

Pada suhu kamar normal, benda-benda memancar sebagai gelombang inframerah. Suhu objek mempengaruhi panjang gelombang dan frekuensi gelombang yang dipancarkan. Dengan meningkatnya suhu, panjang gelombang dalam spektrum radiasi yang dipancarkan menurun dan memancarkan panjang gelombang lebih pendek dengan radiasi frekuensi tinggi.

Contoh Perpindahan Panas Secara Radiasi:

  1. Dinding rumah bagian luar terasa hangat terkena sinar matahari.
  2. Menjemur pakaian dibawah terik matahari.
  3. Sinar matahari sampai ke bumi dan planet lain.
  4. Petani mengeringkan hasil panen padi dengan sinar matahari.
  5. Petani garam mengeringkan air laut untuk dijadikan garam.
  6. Rasa panas api unggun sampai di tubuh.
  7. Ikan asin menjadi kering ketika di letakkan dibawah terik matahari.

Contoh Perpindahan Panas Secara Konduksi:

  1. Mangkok dan piring menjadi hangat ketika dituang nasi atau sup panas.
  2. Tutup panci terasa panas ketika digunakan menutup panci saat memasak.
  3. Baju menjadi panas ketika disetrika.
  4. Mesin kendaraan menjadi panas setelah dihidupkan.
  5. Pakaian menjadi bolong ketika tertindih setrika terlalu lama
  6. Besi yang dipanaskan lama-lama panasnya merata.
  7. Rasa panas memegang gelas piring yang berisi air panas.
  8. Seluruh permukaan wajan menjadi panas ketika digunakan memasak.
  9. Sendok akan terasa hangat ketika digunakan untuk makan makanan panas.
  10. Gagang panci menjadi hangat ketika digunakan memasak.



1 Comment

  1. Apa antisipasi untuk konduksi, konveksi, dan, radiasi?

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *