Perpindahan Kalor Secara Radiasi

  • 4 min read
  • Apr 22, 2020
perpindahan kalor panas radiasi

1. Pengertian

Perpindahan kalor secara radiasi adalah suatu proses mengalirnya energi kalor dari suatu benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah melalui medium gelombang elektromagnetik. Perpindahan energi kalor radiasi terjadi apabila benda-benda tersebut terpisah di dalam ruang, bahkan apabila terdapat ruang hampa di antaranya.

Pada umumnya istilah radiasi digunakan pada segala sesuatu hal yang berhubungan dengan gelombang elektromagnetik. Namun hal yang perlu diperhatikan dalam ilmu perpindahan kalor adalah tentang suatu hal yang diakibatkan oleh suhu yang dapat mengangkut energi melalui medium yang dapat melewati ruang atau medium yang tembus cahaya.

Energi yang berpindah dengan mekanisme tersebut diistilahkan dengan kalor radiasi. Sehingga materi akibat perubahan susunan elektron atau perubahan konfigurasi pada atom atau molekul pembangun materi tersebut dapat memancarkan energi berupa kalor. Energi diangkut dengan gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik bergerak dalam garis lurus dalam medium yang seragam atau vakum (hampa udara) hingga gelombang elektromagnetik dipantulkan atau diserap (absorb). Perambatan kecepatan gelombang elektromagnetik dalam vakum (hampa udara) sama dengan kecepatan cahaya. Mekanisme perpindahan kalor secara radiasi pada dasarnya sama dengan mekanisme radiasi cahaya.

2. Cara Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Perpindahan kalor pada radiasi panas merupakan semua diri yang memancarkan energi oleh proses dari radiasi elektromagnetik. Intensitas tersebut dari penyebaran energi tergantung pada temperatur tersebut dari diri dan alam pada permukaan tersebut.

Sebagai contoh panas yang sampai ketika duduk dimuka api itu adalah energi radiasi, energi radiasi roti panggang pada pemanggang listrik dan panasnya ketika berjalan dibawah sinar matahari. Semua benda memancarkan panas radiasi secara terus-menerus. Intensitas (tingkatan) pancaran tergantung pada suhu dan sifat permukaan.

Energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya (3×108 m/s) dan gejala-gejalanya merupakan radiasi cahaya. Menurut teori elektromagnetik, radiasi cahaya dan radiasi termal hanya berbeda dalam panjang gelombang masing-masing.

perpindahan kalor panas secara radiasi
Gambar perpindahan kalor secara radiasi

Panas radiasi dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk batch (kumpulan) energi yang terbatas (quanta). Teori gelombang dapat menguraikan gerakan kalor radiasi di dalam ruang seperti perambatan cahaya. Apabila gelombang radiasi menjumpai benda yang lain, maka energinya diserap di dekat permukaan benda tersebut.

Perpindahan kalor dengan cara radiasi menjadi semakin penting dengan meningkatnya suhu suatu benda. Aliran panas dalam suatu sistem transient (sementara) juga dikenal dengan istilah fana (tidak kekal). Atau unsteady (tidak konstan) bila suhu di berbagai titik dari sistem tersebut berubah dengan waktu.

Karena perubahan suhu menunjukkan perubahan energi dalam sistem. Maka dapat disimpulkan bahwa penyimpanan energi adalah bagian yang tidak terpisahkan dari aliran panas unsteady (tidak konstan).

3. Rumus Perpindahan Kalor Secara Radiasi

3.1 Benda Hitam (Black Body)

Sifat permukaan dan suhu permukaan sangat mempengaruhi jumlah energi yang meninggalkan suatu permukaan sebagai kalor radiasi. Radiator sempurna atau benda hitam (black body) memancarkan energi radiasi dari permukaan dengan laju (qr). Sehingga dapat ditentukan dengan hubungan sebagai berikut :

rumus radiasi benda hitam black body

Dimana satuan laju perpindahan kalor secara radiasi (qr) adalah (Btu/h) jika luas permukaan (A1) dalam (ft2). Suhu permukaan (T1) dalam derajat Rankine (R). Dan konstanta dimensional (σ) dengan nilai (0,1714 × 10-8 Btu/(h.ft2.R4)).

Dalam satuan SI, laju perpindahan kalor secara radiasi (qr) mempunyai satan (watt) jika luas permukaan (A1) dalam (m2). Suhu permukaan (T1) dalam derajat Kelvin (K). Dan konstanta dimensional (σ) dengan nilai (5,67 × 10-8 watt/(m2.K4)).

Besaran (σ) dinamakan dengan konstanta Stefan-Boltzmann berdasarkan nama dua orang ilmuwan Austria, J. Stevan, pada tahun 1879 menemukan persamaan tersebut secara eksperimental (percobaan) dan L. Boltzmann, pada tahun 1884 menurunkannya secara teoretik (teori).

Peninjauan terhadap persamaan tersebut di atas menunjukkan bahwa permukaan benda hitam manapun akan meradiasi energi dengan laju yang sebanding dengan suhu pangkat empat. Walaupun laju pancaran (rate of emission) tidak tergantung pada kondisi sekitar. Perpindahan bersih (netto) panas radiasi memerlukan adanya perbedaan suhu permukaan antara dua benda di antara dimana pertukaran panas berlangsung.

Apabila benda hitam memancarkan radiasi ke sebuah penutup yang mengurungnya dimana juga mempunyai permukaan hitam dengan emitansi atau emittance (ϵ) sama dengan satu. Maka penutup tersebut mampu menyerap semua energi radiasi yang datang padanya. Sehingga nilai laju bersih perpindahan kalor radiasi dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

rumus perpindahan kalor panas secara radiasi

Dimana (T2) adalah suhu permukaan penutup dalam derajat Fahrenheit (F).

3.2 Benda Abu-Abu (Gray Body)

Benda-benda yang nyata (real bodies) tidak memenuhi spesifikasi (perincian) radiator ideal. Tetapi memancarkan radiasi dengan laju yang lebih rendah daripada benda hitam. Jika pada suhu yang sama dengan benda hitam, benda nyata akan memancarkan sebagian yang konstan dari pancaran benda hitam pada setiap panjang gelombang. Maka benda tersebut disebut dengan benda abu-abu (gray body).

Laju bersih perpindahan kalor dari benda abu-abu dengan suhu (T1) ke benda hitam dengan suhu (T2) yang mengelilinginya dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

rumus radiasi benda abu-abu gray body

Dimana (ϵ) adalah emitansi (emittance) permukaan abu-abu dan sama dengan perbandingan pancaran (emission) dari permukaan abu-abu terhadap pancaran dari radiator sempurna pada suhu yang sama.

nilai emisitivitas permukaan logam
Tabel nilai emisitivitas permukaan logam

4. Spektrum Elektromagnetik

Panas radiasi terjadi pada jarak dari spektrum elektromagnetik dari emisi energi. Hal tersebut hampir sama dengan sifat gelombang seperti cahaya atau radio. Setiap banyaknya dari energi radian mempunyai panjang gelombang (lamda) dan frekuensi.

Sebagian besar di dalam spektrum elektromagnetik adalah gelombang bantalan energi, hanya sebagian kecil dari yang panas. Hanya jendela terkecil yang dapat dilihat di dunia sekitar kita yang ada di dalam spektrum ini. Panas radiasi yang komponen utama biasanya dari radiasi infra merah. Melalui banyak jendela yang besar tentang tiga urutan dari besarnya pada panjang gelombang (lamda) dan frekuensi.

Pada tabel di bawah menunjukkan bentuk yang bervariasi melebihi jarak dari panjang gelombang yang tujuh belas jengkal dari urutan besarnya. Berikut ini merupakan karakteristik bentuk elektromagnetik spectrum gelombang.

tabel elektromagnetik spectrum gelombang
Tabel bentuk elektromagnetik spectrum gelombang

Model panas radiator yang sempurna disebut black body atau benda hitam. Black body dapat menyerap semua energi yang sampai dan tidak terpantul. Syarat tersebut dapat membingungkan sedikit karena begitu black body juga dapat memancarkan energi. Kesempurnaan radiator adalah black atau hitam dengan pengertian akan menyerap semua cahaya yang kelihatan (dan semua radiasi lainnya) yang sampai kepada mereka.

spectrum elektromagnetik
Gambar spectrum elektromagnetik

5. Contoh Perpindahan Kalor Secara Radiasi

  • Panas sinar matahari yang dirasakan jika berjalan di siang hari.
  • Api unggun dapat menghangatkan badan apabila berada disekitarnya.
  • Roti akan terpanggang saat dimasukkan di dalam microwave yang menyala.
  • Penetasan telur ayam dengan bantuan panas dari sinar bohlam lampu.
  • Penguapan air laut oleh sinar matahari.
  • Pakaian akan kering saat dijemur di bawah panas terik matahari.
  • Proses pengeringan cat dengan menggunakan lampu infrared.

Related Post :

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *