Konveksi

(Pergerakan kalor melalui fluida)

Ketika air dipanasi, maka massa jenis air menjadi lebih kecil, hingga air bergerak naik ke atas. Tempatnya digantikanoleh air dingin yang memiliki mssa jenis lebih besar. Proses perpindahan kaoor dair satu bagiam fluida ke bagian lain oleh pergerakan fluida itu sendiri akibat pebedaan massa jenis disebut konveksi atau aliran. Konveksi hanya terjadi pada zat yang dapat mengalir (disebut fluida), yaitu zat cair dan gas.

            Ada dua jenis konveksi yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Pada konveksi a;lami, pergerkan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Pada konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa.

Contoh pemanfaatan konveksi alamiah adalah pada cerobong asap. Kertas berasap digunakan untuk memperlihatkan arus konveksi alami udara. Udara panas dekat di atas nyala lilin massa jenisnya lebih kecil hingga bergerak  naik ke atas. Tempatnya digantikan oleh udara dingin di sekitar nyala lilin. Terjadilah arus konveksi udara yang membawa asap yang berasal dari kertas menuju ke cerobong asap.

            Sedangkan contoh pemanfaatan konveksi paksa adalah pada sistem pendidngin mobil dimana air diedarkan melalui pipa-pipa air dengan bantuan sebuah pompa air. Panas mesin yang tidak dikehendaki dibawa oleh sirkulasi air menuju radiator. Di dalam sirip-sirip radiator air hangat didinginkan oleh udara dingin di sekitar radiator yang ditarik oleh kipas angin. Air yang dingin kembali diedarkan menuju pipa-pipa air yang bersentuhan langsung dengan blok-blok mesin yang hangat untuk mengulang siklus berikutnya.

            Laju kalor koveksi, laju perpindahan kalor secara konveksi,  (js^-1 = w) adalah sebanding dengan luas permukaan luas benda a (m²), yang bersentuhan dengan fluida. Secara matematis ditulis :

           

Dengan h adalah koefesien konveksi (Wm^-2K^-1), yang diperoleh secara percobaan, misalnya h tubuh manusia = 7, 1 Wm^-2K^-1

PERUBAHAN WUJUD ZAT

Kita telah mempelajari bahwa zat dapat berubah wujud. Jika kalor terus diberikan pada sejumlah es batu maka es batu (wujud padat) akan melebur menjadi air (wujud cair), kemudian air (wujud cair) menjadi (wujud gas).

Umumnya zat menglami perubahan wujud seperti es batu yaitu dari wujud padat menjadi cair kemudian dari cair menjadi gas, misalnya besi padat pada suhu tertentu melebur menjdi besi cair. Bahkan, jika kallor terus diberikan pada suhu yang sngat tinggi besi cair menjadi uap.

Nah, diagram perubahan wujud yang telah dilukis pada gambar dibawah, bahwa perubahan wujud dengan anak panah berarah ke atas, melebur dan menguap memrlukan kalor. Sedangkan perubahan wujud dengan anak panah berarah ke bawah mengembun dan membeku melepaskan kalor.

TERMOMETER SEDERHANA

Perubahan sifat fisis zat karena dipanaskan disebut sifat termometrik zat. Misalnya perubahan volum zat cair, panjang logam, hambatan listrik logam, tekanan gas pada volum tetap, volum gas pada tekanan tetap, dan warna kawat yang berpijar. Berdasarkan sifat termometrik zat inilah dibuat suatu instrument untuk mengukur suhu suatu benda yang disebut termometer.

Termometer memanfaatkan sifat termometrik zat yang berubah secara seragam terhadap suhu dan contoh yang paling umum adalah pemuaian volum raksa. Termometer klinik adalah suatu tipe dari termometer kaca yang berisi raksa.

Termometer yang lebih teliti menggunakan pemuaian tekanan gas pada volume tetap (termometer gas) yang ukurannya jauh lebih besar dari termometer raksa. Termometer lain adalah termometer hambatan, yang memanfaatkan perubahan hambatan listrik seutas kawat (biasanya platina), termometer bimetal, yang menggunakan prinsip perbedaan pemuaian dua logam berbeda jenis yang dikeling bersama yang menyebabkan suatu petunjuk bergerak mengitari suatu piringan angka, dan termistor yaitu suatu komponen semikonduktor yang hambatan listriknya berkurang tajam ketika suhunya dinaikkan. Suhu yang sangat tinggi biasanya diukur dengan pyrometer, yang bekerja dengan mengukur intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda sangat panas.

Skala termometer, suhu biasanya diukur pada skala Celcius atau skala Fahrenheit. Untuk keperluan ilmu pengetahuan digunakan skala mutlak Kelvin. Dalam menentukan skala termometer diperlukan dua titik tetap, yaitu suhu es yang sedang mencair sebagai titik tetap bawah dan suhu uap dari yang sedang mendidih sebagai titik tetap atas.

Pada skala Celcius, suhu es yang sedang mencair ditetapkan 0, dan suhu air mendidih ditetapkan 100. Antara kedua suhu ini dibagi atas 100 skala dengan setiap skala menyatakan 1⁰C. Pada skala Fahrenheit, suhu es yang sedang mencair ditetapkan 32 dan suhu air mendidih ditetapkan 212. Antara kedua suhu ini dibagi atas 180 skala dengan tiap skala menyatakan 1⁰F. Hubungan skala Fahrenheit dan skala Celcius dinyatakan oleh persamaan:

(t_F – 32) : t_C        =          180 : 100

(t_F – 32) : t_C        =            9   :   5

Dengan t_F adalah suhu Fahrenheit dan t_C  adalah suhu Celcius.

            Lord Kelvin tidak mengkalibrasi termometer dengan suhu es mencair atau suhu air mendidih, tetapi mengkalibrasi termometer menggunakan suhu mutlak. Suhu nol mutlak adalah suhu paling rendah yang dimiliki oleh zat. Pada suhu nol mutlak, energi kinetik partikel sama dengan nol sehingga tidak ada lagi kalor yang dapat diukur. Suhu nol mutlak kira-kira -273,15 ⁰C. Pada skala Kelvin, suhu terendah yaitu suhu nol mutlak diberi angka 0, sehingga  0 K = -273,15⁰C. Satu skala pada skala Kelvin sama dengan satu skala Celcius. Hubungan antara skala Kelvin dan skala Celcius dinyatakan oleh persmaan :

T = t + 273

Dengan T adalah suhu Kelvin dan t adalah suhu Celcius yaitu 273,15 dibulatkan menjadi 273. Skala Kelvin disebut juga skala termodinamik atau skala mutlak.