Soal Pembahasan Perpindahan Kalor ~ p.koko blog

Sebuah dinding ruangan terdiri atas kaca yang dipasangi AC, memiliki panjang 2 m, tinggi 1 m, dan tebal 5 mm. Suhu permukaan dalam kaca 25^oC dan suhu luar 35^oC. Berapa laju kalor yang mengalir masuk ke ruangan tersebut malalui dinding kaca apabila koefisien konduksi termalnya 8 x 10^-4KJ/m.s.K?

Penyelesaian

p = 2 m, t = 1 m, d = 5 mm = 5.10^-3 m (tebal), T₁ = 25^oC, T₂ = 35^oC, k_kaca = 8.10^-4KJ/m.s.K

A = p x t = (2)(1) = 2 m², ∆T = 35 - 25 = 10^oC

ditanya : Q/t = .... ?

Perhatikan gambar!

Laju Kalor :

$\frac{Q}{t}=\frac{kA\Delta T}{d}=\frac{8\textup{ x }10^{-4}(2)(10)}{5\textup{ x }10^{-3}}=3,2\textup{ KJ/s}$

Secangkir teh bersuhu 65^oC dibiarkan terbuka di dalam ruangan yang bersuhu 25^oC. Jika luas permukaan cangkir 40 cm²dan kalor yang hilang selama 5 menit adalah 36 J, hitunglah koefisien konveksinya!

Penyelesaian :

T₁ = 65^oC, T₂ = 25^oC, A = 40 cm² = 0,004 m2, t = 5 menit = 300 detik, Q = 36 J

∆T = 65 - 25 = 40^oC

ditanya : h = ... ?

$\frac{Q}{t}=hA\Delta T$

$h=\frac{Q}{tA\Delta T}=\frac{36}{(300)(0,004)(40)}=0,75\textup{ J/s.}\textup{m}^{2}._{}^{\textup{o}}\textrm{\textup{C}}$

Sebuah benda hitam berbentuk bola dengan jari-jari 5 cm dijaga pada suhu konstan 327^oC. Berapakah laju kalor yang dipancarkan?

Penyelesaian :

e = 1 (hitam), r = 5 cm = 0,05 m, A = 4πr² = 4(3,14)(0,05 m)² = 0,0314 m² (luas permukaan)

T = 327^oC = 600 K, σ = 5,672 x 10^-8 W.m^-2.K^-4

ditanya : Q/t = ... ?

$\frac{Q}{t}=e\sigma AT^{4}=(1)(5,67\textup{ x }10^{-8})(0,0314)(600)^{4}=230,73\textup{ J/s}$

Sebuah batang yang memiliki panjang 25 cm terdiri dari sebuah batang tembaga dengan panjang 15 cm yang disambungkan dengan sebuah batang aluminium dengan panjang 10 cm. Penampang kedua batang adalah sama. Ujung bebas tembaga tetap pada 100^oC, sedangkan ujung bebas aluminium tetap pada 0^oC. Hitunglah suhu pada titik sambungan batang. Konduktivitas termal tembaga = 3,9 W.cm^-1.K^-1, konduktivitas termal aluminium = 2,1 W.cm^-1.K^-1

Penyelesaian :

d_tbg = 15 cm, T_tbg = 100^oC, k_tbg = 3,9 W.cm^-1.K^-1

d_al = 10 cm, T_al = 0^oC, k_al = 2,1 W.cm^-1.K^-1

ditanya : suhu sambungan logam (T)

Perhatikan gambar!

Berlaku :

$\left ( \frac{Q}{t} \right )_{\textup{tembaga}}=\left ( \frac{Q}{t} \right )_{\textup{aluminium}}$

$\frac{k_{\textup{tbg}}A_{\textup{tbg}}\Delta T_{\textup{tbg}}}{d_{\textup{tbg}}}=\frac{k_{\textup{al}}A_{\textup{al}}\Delta T_{\textup{al}}}{d_{\textup{al}}}$

karena A_tbg= A_al

$\frac{k_{\textup{tbg}}\left ( T_{\textup{tbg}}-T \right )}{d_{\textup{tbg}}}=\frac{k_{\textup{tbg}}\left ( T-T_{\textup{al}} \right )}{d_{\textup{al}}}$