Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Tiga Logam Berbeda

Pada kesempatan kali ini saya akan membahas contoh soal tentang perpindahan kalor secara konduksi pada tiga logam yang berbeda. Di sini Anda akan belajar cara menentukan suhu sambungan pada logam yang memiliki panjang yang sama dan berbeda. Baik Langsung saja kita mulai

Konduksi panas atau konduksi termal adalah perpindahan energi berupa kalor pada suatu penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi dari penghantar tersebut. Contoh perpindahan kalor secara konduksi adalah ketika kita memanaskan salah satu ujung logam maka lama kelaman kita akan merasakan panas di ujung lainya. Di sini logam bertindak sebagai medium perpindahan energi berupa kalor, bentuk logam masih tetap sama artinya yang perpindahan ini tanpa di sertai dengan perpindahan materi dari penghantar. Peristiwa ini dikenal dengan proses perpindahan energi berupa kalor secara konduksi.

Laju perpindahan kalor secara konduksi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut

Energi yang ditransferkan secara induksi melalui dua logam penghantar yang memiliki suhu berbeda terjadi ketika kedua logam penghantar tersebut mengalami kontak termal. Pada saat kondisi Steady State, laju perpindahan energi melalui logam penghantar satu sama dengan laju perpindahan energi melalui logam penghantar kedua. Maka diperoleh

Keterangan:
H adalah Laju perpindahan kalor (J/s atau Watt)
Q adalah kalor (J atau Kal)
t adalah waktu (sekon)
k adalah konduktivitas termal (W/mK)
A adalah luas penampang (m^2)
∆T adalah perubahan suhu (°C atau K)

L adalah panjang logam penghantar (m)

Penting : ∆T adalah suhu tinggi - suhu rendah

#Menentukan Suhu Sambungan Tiga Logam Yang Berbeda dan Ukurannya Sama

1. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Tiga Logam Berbeda

Soal UN 2018

Tiga batang konduktor P, Q dan R dari jenis berbeda dan memiliki panjang dan luas penampang yang sama disambungkan seperti pada gambar berikut:

Jika suhu T1 = 20 °C dan T4 = 90 °C koefisien konduksi kp = 2 kq = 4 kr, maka suhu T2 dan T3 adalah

Jawab :

Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada tiga logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Perhatikan Konduktor P dan Q

Karena suhu T1 < T2 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T1; maka ∆T12 = T2 – T1
Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2

Perhatikan Konduktor Q dan R

Karena Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
Suhu T3 < T4 artinya T4 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T34 = T4 – T3

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

Lp = Lq = Lr (Panjangnya sama)

Ap = Aq = Ar (Luasnya sama)

kp = 2 kq = 4 kr

2 kq = 4 kr maka kq = 2 kr

T1 = 20 °C

T4 = 90 °C

Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 dan T3?

Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai

Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam

Karena perpindahan kalor melalui penghantar tanpa disertai dengan perpindahan materi, maka proses perpindahan kalor ini merupakan peristiwa konduksi. Besarnya laju perpindahan kalor dapat dihitung menggunakan rumus.

#Amati Konduktor P dan Q

Substitusikan nilai yang diketahui

Ap = Aq ; Lp = Lq dan kp = 2 kq maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

#Amati Konduktor Q dan R

Substitusikan nilai yang diketahui

Aq = Ar ; Lq = Lr dan kq = 2 kr ; maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

Langkah 4 : Eliminasi T3 pada persamaan 1 dan 2

Kalikan 3 pada kedua ruas persamaan 1, maka diperoleh

Langkah Terakhir : Substitusi nilai T2 ke persamaan (1)

Jadi, diperoleh suhu sambungan T2 = 30 °C dan T3 = 50 °C, terlihat bahwa T2 < T3 hal ini sesuai dengan ilustrasi di atas dan sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.

2. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Tiga Logam

Batang logam yang berbeda A, B, dan C memiliki panjang dan luas penampang yang sama. Disambungkan satu sama lain seperti pada gambar di bawah ini. Jika Besar Konduktivitas 4ka = 2 kb = kc dan suhu T1 = 100 °C dan T4 = 20 °C, maka tentukanlah suhu T2 dan T3 ?

Jawab :

Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada tiga logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Perhatikan Konduktor A dan B

Karena suhu T1 > T2 artinya T1 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T12 = T1 – T2
Suhu T2 > T3 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T23 = T2 – T3

Perhatikan Konduktor B dan C

Karena Suhu T2 > T3 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T23 = T2 – T3
Suhu T3 > T4 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T4; maka ∆T34 = T3 – T4

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

La = Lb = Lc (Panjangnya sama)

Aa = Ab = Ac (Luasnya sama)

4ka = 2 kb = kc

4ka = 2 kb atau kb = 2ka

2 kb = kc atau kc = 2 kb

T1 = 100 °C

T4 = 20 °C

Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 dan T3?

Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai

Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam

#Amati Konduktor A dan B

Substitusikan nilai yang diketahui

Aa = Ab ; La = Lb dan kb = 2ka maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

#Amati Konduktor B dan C

Substitusikan nilai yang diketahui

Ab = Ac ; Lb = Lc dan kc = 2 kb ; maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

Langkah 4 : Eliminasi T2 pada persamaan 1 dan 2

Kalikan 3 pada kedua ruas persamaan 2, maka diperoleh

Langkah Terakhir : Substitusi nilai T3 ke persamaan (1)

Jadi, diperoleh suhu sambungan T2 = 54,26 °C dan T3 = 31,4 °C, terlihat bahwa T2 > T3 hal ini sesuai dengan ilustrasi di atas dan sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Baca Juga : Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Lengkap Dengan Konsep

3. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Tiga Logam

Soal UN 2017
Perhatikan gambar tiba batang logam A, B, dan C yang ditempelkan berikut ini! Batang-batang tersebut mempunyai panjang dan luas penampang yang sama. Pada sisi bagian A diberi suhu 90 °C dan pada sisi bagian C diberi suhu 30 °C. Konduktivitas bahan ka = 2 kb = kc, maka suhu pada persambungan T2 dan T3 adalah ?

Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada tiga logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Perhatikan Konduktor A dan B

Karena suhu T1 > T2 artinya T1 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T12 = T1 – T2
Suhu T2 > T3 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T23 = T2 – T3

Perhatikan Konduktor B dan C

Karena Suhu T2 > T3 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T23 = T2 – T3
Suhu T3 > T4 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T4; maka ∆T34 = T3 – T4

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:
La = Lb = Lc (Panjangnya sama)
Aa = Ab = Ac (Luasnya sama)
ka = 2 kb = kc
2 kb = kc atau kc = 2kb
T1 = 90 °C
T4 = 30 °C
Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 dan T3?

Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai

Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam

#Amati Konduktor A dan B

Substitusikan nilai yang diketahui
Aa = Ab ; La = Lb dan ka = 2kb maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

#Amati Konduktor B dan C

Substitusikan nilai yang diketahui
Ab = Ac ; Lb = Lc dan kc = 2 kb ; maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

Langkah 4 : Eliminasi T2 pada persamaan 1 dan 2

Kalikan 3 pada kedua ruas persamaan 2, maka diperoleh

Langkah Terakhir : Substitusi nilai T3 ke persamaan (2)

Jadi, diperoleh suhu sambungan pada logam AB adalah Tab = T2 = 75 °C dan suhu sambungan pada logam BC adalah Tbc = T3 = 45 °C, terlihat bahwa T2 > T3 hal ini sesuai dengan ilustrasi di atas dan sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Baca Juga : Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

#Menentukan Suhu Sambungan Tiga Logam Yang Berbeda dan Ukurannya Berbeda

4. Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Logam

Tiga batang konduktor P, Q dan R dari jenis berbeda dan memiliki luas penampang yang sama namun panjang berbeda, kemudian disambungkan seperti pada gambar berikut:

Jika panjang konduktor Lp = Lq = 2 Lr, suhu T1 = 20 °C dan T4 = 90 °C dan koefisien konduksi kp = 2 kq = 4 kr, maka suhu T2 dan T3 adalah

Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan sistem untuk mengilustrasikan perpindahan kalor pada tiga logam penghantar di atas. Ingat kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Perhatikan Konduktor P dan Q

Karena suhu T1 < T2 artinya T2 suhunya lebih tinggi dari pada T1; maka ∆T12 = T2 – T1
Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2

Perhatikan Konduktor Q dan R

Karena Suhu T2 < T3 artinya T3 suhunya lebih tinggi dari pada T2; maka ∆T23 = T3 – T2
Suhu T3 < T4 artinya T4 suhunya lebih tinggi dari pada T3; maka ∆T34 = T4 – T3

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:
Lp = Lq = 2Lr (Panjangnya berbeda)
Ap = Aq = Ar (Luasnya sama)
kp = 2 kq = 4 kr
2 kq = 4 kr maka kq = 2 kr
T1 = 20 °C
T4 = 90 °C
Ditanya : tentukanlah suhu sambungan pada T2 dan T3?

Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai

Rumus Perpindahan Kalor Secara Konduksi pada dua batang logam

#Amati Konduktor P dan Q

Substitusikan nilai yang diketahui
Ap = Aq ; Lp = Lq dan kp = 2 kq maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

#Amati Konduktor Q dan R

Substitusikan nilai yang diketahui
Aq = Ar ; Lq = 2Lr dan kq = 2 kr ; maka kita dapat mencoret nilai yang sama pada kedua ruas

Langkah 4 : Eliminasi T3 pada persamaan 1 dan 2

Kalikan 2 pada kedua ruas persamaan 1, maka diperoleh

Langkah Terakhir : Substitusi nilai T2 ke persamaan (1)

Jadi, diperoleh suhu sambungan T2 = 34 °C dan T3 = 62 °C, terlihat bahwa T2 < T3 hal ini sesuai dengan ilustrasi di atas dan sifat kalor yang mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Untuk Soal Selanjutnya Klik Next

Selamat Belajar

Itulah artikel tentang Contoh Soal Dan Pembahasan Perpindahan Kalor Secara Konduksi Pada Tiga Logam. semoga artikel ini bisa bermanfaat untuk kita semua. terimakasih telah berkunjung, jika Anda suka dengan artikel ini silahkan klik like dan share artikel ini bila perlu. Jika Anda tidak ingin ketinggalan updatetan artikel terbaru silahkan Follow blog ini dan selamat belajar.