www.wikidata.id-id.nina.az

Konduksi panas atau hantaran panas bahasa Inggris thermal conduction adalah penjalaran kalor tanpa disertai perpindahan

Konduksi panas

Konduksi panas atau hantaran panas (bahasa Inggris: thermal conduction) adalah penjalaran kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya. Penjalaran ini biasanya terjadi pada benda padat. Kalor mengalir pada konduktor dari sisi yang bersuhu tinggi ke sisi yang bersuhu rendah. Jadi, pada konduktor, suhu terbagi sepanjang konduktor sehingga membuat semacam lintasan untuk mengalirkan panas dari tempat dengan jumlah panas lebih banyak (suhu tinggi) ke tempat dengan jumlah panas lebih sedikit (suhu rendah).

Kuat penjalaran panas yang melewati kooduktor bergantung pada kemiringan pembagian suhu sepanjang konduktor sesuai hukum Fourier:

adalah kuat konduksi, pembagian suhu pada konduktor, dan adalah konduktivitas panas.

Difusi Panas Konduktif

Pembagian suhu pada konduktor adalah melalui perembesan/difusi panas. Misalkan setelah detik panas sebesar dari sumber telah sampai di sehingga memanaskan bagian konduktor sepanjang sebagai:

Dengan mengambil lim dx-0, didapat

Hukum Fourier

Hukum konduksi panas, disebut juga Hukum Fourier, menyatakan bahwa tingkat (rate) perpindahan panas melalui sebuah material adalah berbanding lurus dengan gradien negatif pada suhu dan luas, pada sudut siku pada gradien tersebut, melalui dimana panas mengalir. Hukum ini dapat dinyatakan dalam 2 bentuk ekivalen: bentuk integral, dimana dilihat dari jumlah energi yang mengalir dari dan ke sebuah sistem secara keseluruhan, dan bentuk diferensial, dimana dilihat dari laju alir atau fluks energi secara lokal.

Hukum pendinginan Newton adalah analog diskret hukum Fourier, dimana Hukum Ohm adalah analog listrik dari Hukum Fourier.

Bentuk diferensial

Bentuk diferensial Hukum Fourier tentang konduksi panas menyatakan bahwa rapat fluks panas lokal, , sama dengan perkalian antara konduktivitas panas, dengan negatif gradien suhu lokal, . Rapat fluks panas adalah jumlah energi yang mengalir melalui sebuah satuan luas per satuan waktu.

dimana (termasuk satuan SI)

Konduktivitas panas, , sering dianggap konstan meski hal ini tidak selalu benar. Ketika konduktivitas panas bahan umumnya bervariasi menurut temperatur, perbedaannya sering kali kecil untuk selang suhu yang besar pada beberapa material umum. Pada material anisotropi, konduktivitas panas umumnya berbeda menurut orientasi, dalam kasusu ini dinyatakan dengan tensor orde-dua. Untuk material non-uniform, bervariasi menurut lokasi spasial.

Untuk banyak aplikasi sederhana, hukum Fourier digunakan dalam bentuk satu dimensinya. Dalam arah-x,

Bentuk integral

Dengan mengintegralkan bentuk diferensial terhadap total permukaan bahan , didapatkan bentuk integral Hukum Fourier:

dimana (termasuk satuan SI):

  • adalah jumlah panas berpindah per satuan waktu (dalam W), dan
  • adalah elemen luas permukaan (dalam m2)

Persamaan diferensial diatas, jika diintegralkan untuk material homogen geometri satu bidang antara 2 titik pada suhu konstan, menghasilkan laju alir panas sebagai:

dengan

Hukum ini membentuk dasar bagi penurunan persamaan panas.

Konduktansi

Ditulis

dengan U adalah konduktansi dalam W/(m2 K).

Hukum Fourier juga dapat dinyatakan sebagai:

Kebalikan dari konduktansi adalah resistansi, R, ditulis sebagai:

Resistansi bertambah ketika beberapa lapisan konduksi terletak antara daerah panas dan dingin, karena A dan Q sama untuk semua lapisan. Pada partisi multilayer, total konduktansi berhubungan dengan konduktansi lapisan-lapisannya yaitu:

Maka, ketika dihadapkan pada partisi multilayer, rumus ini biasanya digunakan:

Untuk konduksi panas dari satu fluida ke fluida lainnya melalui penghalang, terkadang dibutuhkan untuk menghitung konduktansi film tipis dari fluida yang diam di sekeliling penghalang. Film tipis fluida ini susah untuk dihitung karena karakteristiknya tergantung kondisi kompleks turbulensi dan viskositas—namun jika dihadapkan dengan penghalang konduktansi tinggi tipis maka dapat menjadi signifikan.

Penyajian properti-intensif

Pada persamaan konduktansi sebelumnya, dituliskan dalam properti ekstensif, dapat dirumuskan ulang dalam properti intensif. Idealnya, rumus untuk konduktansi seharusnya menghasilkan besaran dengan dimensi tidak tergantung jarak, seperti Hukum Ohm untuk hambatan listrik, , dan konduktansi listrik, .

Dari rumus listrik: , dimana ρ adalah resistivitas, x adalah panjang, dan A adalah luasan cross-sectional, kita dapatkan , dengan G adalah konduktansi, k adalah konduktivitas, x adalah panjang, dan A adalah luasan cross-sectional.

Untuk panas,

dengan U adalah konduktansi.

Hukum Fourier juga dapat dituliskan sebagai:

analog dengan Hukum Ohm, atau

Kebalikan dari konduktansi adalah resistansi, R,dituliskan sebagai:

analog dengan Hukum Ohm,

Aturan dalam menggabungkan resistensi dan konduktansi (dalam seri dan paralel) sama dengan aliran panas dan arus listrik.

Shell silindris

Konduksi melalui shell bentuk silindris (misalnya, pipa) dapat dihitung dari jari-jari dalam, , jari-jari luas, , panjang, , dan perbedaan suhu antara dinding luar dan dalam, .

Luas permukaan silinder adalah

Ketika digunakan Persamaan Fourier:

diatur ulang menjadi:

kemudian rate transfer panas adalah:

dan hambatan panas adalah:

dan , dengan . Penting untuk diketahui bahwa ini adalah log-mean radius.

Bola

Konduksi melalui shell bentuk bola dengan jari-jari dalam, , dan jari-jari luar, , dapat dihitung seperti pada shell bentuk silindris.

Luas permukaan bola adalah:

Seperti pada shell silindris diatas, menghasilkan:

Pranala luar


Artikel bertopik fisika ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

  • l
  • b
  • s
wikipedia, wiki, buku, buku, perpustakaan, artikel, baca, unduh, gratis, unduh gratis, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, gambar, musik, lagu, film, buku, permainan, permainan.
Tanggal penerbitan:
Konduksi panas atau hantaran panas bahasa Inggris thermal conduction adalah penjalaran kalor tanpa disertai perpindahan bagian bagian zat perantaranya Penjalaran ini biasanya terjadi pada benda padat Kalor mengalir pada konduktor dari sisi yang bersuhu tinggi ke sisi yang bersuhu rendah Jadi pada konduktor suhu terbagi sepanjang konduktor sehingga membuat semacam lintasan untuk mengalirkan panas dari tempat dengan jumlah panas lebih banyak suhu tinggi ke tempat dengan jumlah panas lebih sedikit suhu rendah Kuat penjalaran panas yang melewati kooduktor bergantung pada kemiringan pembagian suhu sepanjang konduktor sesuai hukum Fourier q k d T x d x displaystyle q k frac dT x dx q displaystyle q adalah kuat konduksi T x displaystyle T x pembagian suhu pada konduktor dan k displaystyle k adalah konduktivitas panas Daftar isi 1 Difusi Panas Konduktif 2 Hukum Fourier 2 1 Bentuk diferensial 2 2 Bentuk integral 3 Konduktansi 3 1 Penyajian properti intensif 3 2 Shell silindris 3 3 Bola 4 Pranala luarDifusi Panas Konduktif SuntingPembagian suhu pada konduktor adalah melalui perembesan difusi panas Misalkan setelah d t displaystyle dt detik panas sebesar d Q displaystyle dQ dari sumber telah sampai di x displaystyle x sehingga memanaskan bagian konduktor sepanjang x d x lt ϵ lt x d x displaystyle x dx lt epsilon lt x dx sebagai d Q r c p ϵ displaystyle dQ rho c p epsilon d T displaystyle dT d T d t k r c p d t d x ϵ displaystyle frac partial dT dt k rho c p partial dtdx epsilon Dengan mengambil lim dx 0 didapat d T d t 1 D d 2 T d x 2 displaystyle frac partial dT dt frac 1 D frac partial d 2 T dx 2 Hukum Fourier SuntingHukum konduksi panas disebut juga Hukum Fourier menyatakan bahwa tingkat rate perpindahan panas melalui sebuah material adalah berbanding lurus dengan gradien negatif pada suhu dan luas pada sudut siku pada gradien tersebut melalui dimana panas mengalir Hukum ini dapat dinyatakan dalam 2 bentuk ekivalen bentuk integral dimana dilihat dari jumlah energi yang mengalir dari dan ke sebuah sistem secara keseluruhan dan bentuk diferensial dimana dilihat dari laju alir atau fluks energi secara lokal Hukum pendinginan Newton adalah analog diskret hukum Fourier dimana Hukum Ohm adalah analog listrik dari Hukum Fourier Bentuk diferensial Sunting Bentuk diferensial Hukum Fourier tentang konduksi panas menyatakan bahwa rapat fluks panas lokal q displaystyle overrightarrow q sama dengan perkalian antara konduktivitas panas k displaystyle k dengan negatif gradien suhu lokal T displaystyle nabla T Rapat fluks panas adalah jumlah energi yang mengalir melalui sebuah satuan luas per satuan waktu q k T displaystyle overrightarrow q k nabla T dimana termasuk satuan SI q displaystyle overrightarrow q adalah rapat fluks panas lokal W m 2 k displaystyle big k big adalah konduktivitas panas bahan W m 1 K 1 T displaystyle big nabla T big adalah gradien suhu K m 1 Konduktivitas panas k displaystyle k sering dianggap konstan meski hal ini tidak selalu benar Ketika konduktivitas panas bahan umumnya bervariasi menurut temperatur perbedaannya sering kali kecil untuk selang suhu yang besar pada beberapa material umum Pada material anisotropi konduktivitas panas umumnya berbeda menurut orientasi dalam kasusu ini k displaystyle k dinyatakan dengan tensor orde dua Untuk material non uniform k displaystyle k bervariasi menurut lokasi spasial Untuk banyak aplikasi sederhana hukum Fourier digunakan dalam bentuk satu dimensinya Dalam arah x q x k d T d x displaystyle q x k frac dT dx Bentuk integral Sunting Dengan mengintegralkan bentuk diferensial terhadap total permukaan bahan S displaystyle S didapatkan bentuk integral Hukum Fourier Q t k displaystyle frac partial Q partial t k S displaystyle scriptstyle S T d S displaystyle nabla T cdot dS dimana termasuk satuan SI Q t displaystyle big frac partial Q partial t big adalah jumlah panas berpindah per satuan waktu dalam W dan d S displaystyle dS adalah elemen luas permukaan dalam m2 Persamaan diferensial diatas jika diintegralkan untuk material homogen geometri satu bidang antara 2 titik pada suhu konstan menghasilkan laju alir panas sebagai D Q D t k A D T D x displaystyle big frac Delta Q Delta t kA frac Delta T Delta x dengan A adalah luas permukaan cross sectional D T displaystyle Delta T adalah beda temperatur antara kedua ujung D x displaystyle Delta x adalah jarak antara kedua ujung Hukum ini membentuk dasar bagi penurunan persamaan panas Konduktansi SuntingDitulis U k D x displaystyle big U frac k Delta x quad dengan U adalah konduktansi dalam W m2 K Hukum Fourier juga dapat dinyatakan sebagai D Q D t U A D T displaystyle big frac Delta Q Delta t UA Delta T Kebalikan dari konduktansi adalah resistansi R ditulis sebagai R 1 U D x k A D T D Q D t displaystyle big R frac 1 U frac Delta x k frac A Delta T frac Delta Q Delta t Resistansi bertambah ketika beberapa lapisan konduksi terletak antara daerah panas dan dingin karena A dan Q sama untuk semua lapisan Pada partisi multilayer total konduktansi berhubungan dengan konduktansi lapisan lapisannya yaitu 1 U 1 U 1 1 U 2 1 U 3 displaystyle big frac 1 U frac 1 U 1 frac 1 U 2 frac 1 U 3 cdots Maka ketika dihadapkan pada partisi multilayer rumus ini biasanya digunakan D Q D t A D T D x 1 k 1 D x 2 k 2 D x 3 k 3 displaystyle big frac Delta Q Delta t frac A Delta T frac Delta x 1 k 1 frac Delta x 2 k 2 frac Delta x 3 k 3 cdots Untuk konduksi panas dari satu fluida ke fluida lainnya melalui penghalang terkadang dibutuhkan untuk menghitung konduktansi film tipis dari fluida yang diam di sekeliling penghalang Film tipis fluida ini susah untuk dihitung karena karakteristiknya tergantung kondisi kompleks turbulensi dan viskositas namun jika dihadapkan dengan penghalang konduktansi tinggi tipis maka dapat menjadi signifikan Penyajian properti intensif Sunting Pada persamaan konduktansi sebelumnya dituliskan dalam properti ekstensif dapat dirumuskan ulang dalam properti intensif Idealnya rumus untuk konduktansi seharusnya menghasilkan besaran dengan dimensi tidak tergantung jarak seperti Hukum Ohm untuk hambatan listrik R V I displaystyle R V I dan konduktansi listrik G I V displaystyle G I V Dari rumus listrik R r x A displaystyle R rho x A dimana r adalah resistivitas x adalah panjang dan A adalah luasan cross sectional kita dapatkan G k A x displaystyle G kA x dengan G adalah konduktansi k adalah konduktivitas x adalah panjang dan A adalah luasan cross sectional Untuk panas U k A D x displaystyle big U frac kA Delta x quad dengan U adalah konduktansi Hukum Fourier juga dapat dituliskan sebagai Q U D T displaystyle big dot Q U Delta T quad analog dengan Hukum Ohm I V R displaystyle I V R atau I V G displaystyle I VG Kebalikan dari konduktansi adalah resistansi R dituliskan sebagai R D T Q displaystyle big R frac Delta T dot Q quad analog dengan Hukum Ohm R V I displaystyle R V I Aturan dalam menggabungkan resistensi dan konduktansi dalam seri dan paralel sama dengan aliran panas dan arus listrik Shell silindris Sunting Konduksi melalui shell bentuk silindris misalnya pipa dapat dihitung dari jari jari dalam r 1 displaystyle r 1 jari jari luas r 2 displaystyle r 2 panjang ℓ displaystyle ell dan perbedaan suhu antara dinding luar dan dalam T 2 T 1 displaystyle T 2 T 1 Luas permukaan silinder adalah A r 2 p r ℓ displaystyle A r 2 pi r ell Ketika digunakan Persamaan Fourier Q k A r d T d r 2 k p r ℓ d T d r displaystyle dot Q kA r frac mathrm d T mathrm d r 2k pi r ell frac mathrm d T mathrm d r diatur ulang menjadi Q r 1 r 2 1 r d r 2 k p ℓ T 1 T 2 d T displaystyle dot Q int r 1 r 2 frac 1 r mathrm d r 2k pi ell int T 1 T 2 mathrm d T kemudian rate transfer panas adalah Q 2 k p ℓ T 1 T 2 ln r 2 r 1 displaystyle dot Q 2k pi ell frac T 1 T 2 ln r 2 r 1 dan hambatan panas adalah R c D T Q ln r 2 r 1 2 p k ℓ displaystyle R c frac Delta T dot Q frac ln r 2 r 1 2 pi k ell dan Q 2 p k ℓ r m T 1 T 2 r 2 r 1 displaystyle dot Q 2 pi k ell r m frac T 1 T 2 r 2 r 1 dengan r m r 2 r 1 ln r 2 r 1 displaystyle r m frac r 2 r 1 ln r 2 r 1 Penting untuk diketahui bahwa ini adalah log mean radius Bola Sunting Konduksi melalui shell bentuk bola dengan jari jari dalam r 1 displaystyle r 1 dan jari jari luar r 2 displaystyle r 2 dapat dihitung seperti pada shell bentuk silindris Luas permukaan bola adalah A 4 p r 2 displaystyle A 4 pi r 2 Seperti pada shell silindris diatas menghasilkan Q 4 k p T 1 T 2 1 r 1 1 r 2 4 k p T 1 T 2 r 1 r 2 r 2 r 1 displaystyle dot Q 4k pi frac T 1 T 2 1 r 1 1 r 2 4k pi frac T 1 T 2 r 1 r 2 r 2 r 1 Pranala luar SuntingNewton s Law of Cooling by Jeff Bryant based on a program by Stephen Wolfram Wolfram Demonstrations Project Sample Heaters When Will My Turkey Be Done Diarsipkan 2013 03 31 di Wayback Machine is an example of applied heat conduction equations similar to Newton s Law of Cooling which predict the cooking time of turkeys and other roasts Artikel bertopik fisika ini adalah sebuah rintisan Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya lbs Diperoleh dari https id wikipedia org w index php title Konduksi panas amp oldid 21994381