Konduksi

Menunjuk pada kata konduksi kami akan segera membayangkan konsep aktivitas atomik dan molekuler, dimana perpindahan panas terjadi pada tingkatan tersebut. Konduksi boleh dipandang sebagai perpindahan energi dari partikel lebih energik ke partikel kurang energik pada benda akibat dari interaksi antara partikel – partikel.

Mekanisme fisik konduksi sangat mudah diterangkan dengan memperhatikan gas dan idea sejenis dari latar belakang termodinamika anda. Perhatikan gas yang berada pada perbedaan temperatur dan asumsikan bahwa tidak ada pergerakan yang besar. Gas berada pada ruangan antara dua permukaan yang dipertahankan pada perbedaan temperatur, seperti ditunjukan pada gambar di bawah. kami gabungkan temperatur, pada setiap titik dengan energi  yang disimpan oleh molekul gas pada titik yang saling berdekatan. Energi ini dihubungkan dengan pergerakan translasi sembarang, rotasi dan getaran dari molekul – molekul. Selanjutnya temperatur lebih tinggi berarti molekul lebih berenergi akan memindahkan energi ke molekul yang kurang berenergi atau temperatur lebih rendah. Dengan adanya perbedaan temperatur, perpindahan energi oleh konduksi harus terjadi dalam arah ke temperatur lebih rendah. Perpindahan ini diterangkan pada gambar di bawah. bidang hipotetikal pada Xo dilalui secara konstan oleh molekul – molekul dari atas ke bawah akibat dari pergerakan acak (random). Molekul dari atas bertemperatur lebih tinggi dari pada molekul dari bawah. Pada keadaan tersebut harus ada perpindahan energi netto pada arah x positif. Karena dari pengertian acak ini, kami dapat mengatakan bahwa perpindahan panas oleh konduksi sebagai energi difuse.

Keadaan adalah kebanyakan sama pada cairan, walaupun molekul – molekul lebih rapat dan interaksi molekular lebih kuat. Serupa, dalam benda padat , konduksi boleh ditandai  oleh aktivitas molekular didalam bentuk getaran kisi (lattice vibration). Pandangan modern untuk memadai perpindahan perpindahan energi  pada gelombang kisi disebabkan oleh pergerakan atom. Pada material bukan konduktor adalah semata – mata hanya melalui gelombang kisi, di dalam material konduktor perpindahan energi sebagai akibat dari pergerakan translasi dari elektron bebas. Kami menyajikan sifat penting yang berhubungan dengan fenomena konduksi pada Bab II dan Appendix A.

Gambar mengenai perpindahan panas konduksi dengan difusi energi akibat dari aktivitas molekular dapat di lihat pada gambar di bawah ini

 GAMBAR

PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI DENGAN DIFUSI ENERGI

AKIBAT DARI AKTIFITAS MOLEKULAR

Contoh perpindahan panas konduksi. Sendok logam dicelupkan ke dalam cangkir kopi panas, ujung tangkai sendok akan menjadi hangat akibat dari konduksi energi melalui sendok tersebut. Pada musim dingin ada kerigian energi dari ruang yang di hangatkan ke udara luar. Kerugian ini diakibatkan oleh perpindahan panas konduksi melalui dinding yang sebagai pemisah antara ruangan dengan udara luar.

                Ini memungkinkan untuk mengetahui besarnya proses perpindahan panas dalam istilah persamaan aliran. Persamaan ini boleh di gunakan untuk menghitung besarnya energi yang dipindahkan per satuan waktu. Untuk konduksi panas persamaan aliran dikenal sebagai hukum fourier. Untuk dinding datar satu dimensi ditunjukan pada gambar di bawah, mempunyai distribusi temperatur T (x), persamaan aliran dinyatakan sebagai:

Flukx panas  (w/m²) adalah laju perpindahan panas dalam arah x persatuan luas yang tegak lurus pada arah perpindahan dan itu sebanding dengan gradien temperatur, dT/dX, pada arah ini. Konstanta pembanding k adalah sifat transport yang dikenal sebagai konduktivitas panas (W/m.K) dan merupakan karakteristik material dinding. Tanda minus adalah sebagai konsekuensi kenyataan, bahwa panas dipindahkan dari temperatur tinggi ke rendah. Seperti kondisi ditunjukan pada gambar di bawah, dimana distribusi temperatur adalah linier, dan gradiasi temperatur boleh dinyatakan sebagai:

Dan kemudian flux panas adalah

 Atau

Persamaan 1.2 menunjukan bentuk sederhana dari persamaan laju konduksi. Walaupun itu sederhana, tetapi itu mendapat penggunaan yang sering dalam menghubungkan perbedaan temperatur seluruhnya, ΔT, yang terjadi pada media dimana panas dipindahkan secara konduksi untuk melaluinya.

GAMBAR PERPINDAHAN PANAS OLEH SATU DIMENSI OLEH KONDUKSI

(DIFUSI ENERGI)

Contoh 1.1.

Dinding dapur api dari sebuah industri di bangun dari batu tahan api tebal 0,15 m mempunyai konduktivitas panas sebesar 1.7 W/m.K. pengukuran dilakukan pada keadaan steady-state menunjukan 1400 K dan 1150 K pada masing – masing dinding dalam dan luar. Berapa laju kerugian panas melalui dinding dengan ukuran 0,5 x 3 m.

Jawab:

Diketahui:

Keadaan steady-state dengan diketahui tebal dinding, luas, konduktivitas panas dan temperatur permukaan.

Soal : cari rugi – rugi panas dari dinding .

Skematis:

Asumsi:

1. Keadaan steady-state

2. Konduksi satu dimensi melalui dinding

3. Sifat material konstan 

Analisis:

Karena perpindahan panas melalui dinding adalah hanya konduksi, flux panas boleh ditentukan dari hukum Fourier.

Menggunakan persamaan 1.2 :

Flux panas menyatakan laju perpindahan panas persatuan luas.

Rugi – rugi panas total kemudian adalah :

 

Komentar :

1. Catat arah laju aliran

2. Catat perbedaan antara flux panas dan laju panas