Konduktivitas Panas dan Listrik Zat Padat

 

Konduktivitas panas dan listrik zat padat

AISYAH IMELIA WARDHANI (@Z09-AISYAH)

Abstrak

 Konduktivitas termal suatu benda merupakan kemampuan yang dimiliki suatu benda dalam memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang mempunyai konduktivitas termal (k) yang tinggi maka merupakan penghantar kalor yang baik, begitu sebaliknya. Benda yang mempunyai konduktivitas termal (k) yang rendah maka merupakan penghantar kalor yang buruk. Dari nilai konduktivitas termal tersebut dapat digolongkan material tersebut konduktor , isolator, atau semikonduktor.

Pendahuluan

Konduktivitas termal dapat didefinisikan sebagai seberapa mudah suatu bahan dpat mentransmisikan panas dengan adanya gradien suhu yang diterapkan. Konduktivitas termal suatu bahan sering kali ditentukan secara eksperimental. Zat padat adalah  molekul-molekul yang tersusun rapat dan mempunyai energi kinetik paling kecil. Stabilitas struktural dan ketahanan terhadap gaya yang diterapkan pada permukaan menjadi ciri benda padat. Bahan padat, tidak seperti zat cair, tidak mengalir untuk mengambil bentuk wadahnya, juga tidak memuai seperti gas untuk mengisi seluruh volume yang tersedia.

Rumusan masalah

1.   Apa pengertian konduktivitas termal?

2.  Apa pengertian konduktivitas panas?

3.    Apa rumus konduktivitas termal?

4.    Bagaimnna cara kerja konduktivitas termal?

Tujuan

1.      Dapat mengetahui pengertian konduktivitas termal

2.     Dapat mengetahui pengertian konduktivitas panas

3.    Dapat mengetahui rumus konduktivitas termal

4.     Dapat mengetahui cara kerja konduktivitas termal

Pembahasan

    Konduktivitas disebut sebagai sifat listrik suatu material. Konduktivitas listrik suatu zat dicirikan sebagai kapasitasnya untuk mentransmisikan energi panas atau energi listrik (dan dalam beberapa kasus juga energi suara). Dengan demikian konduktor listrik yang baik dapat dengan mudah menyalurkan energi tanpa mendidih, melelehkan atau mengubah komposisinya dengan cara apa pun. Benda padat mempunyai derajat konduktivitas yang berbeda-beda, artinya semua benda padat tidak mempunyai sifat kelistrikan yang seragam. Secara matematis, hal ini dapat dirumuskan seperti:

 

Konduksi adalah proses dimana sesuatu, seperti panas atau arus listrik, berpindah melalui satu zat ke zat lain. Salah satu zat atau benda tetap diam selama proses berlangsung, namun tetap dipengaruhi oleh perbedaan suhu, energi, atau kalor zat lainnya.

Konduksi Panas

    Konduksi panas mengacu pada transfer energi, khususnya energi panas. Konduksi panas kadang-kadang disebut konduksi termal. Energi yang berpindah dalam suatu benda diam akibat adanya perubahan suhu pada bagian-bagian suatu bahan yang berdekatan satu sama lain. Energi tersebut akan bergerak cepat atau lambat tergantung dari bahan apa benda tersebut dibuat, seberapa besar ukurannya, dan yang terpenting, gradien suhu. Gradien suhu mengacu pada laju dan arah perubahan suhu dari satu titik ke titik lainnya. Berlian dan tembaga merupakan bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi.

Konduksi Listrik

    Konduksi listrik mengacu pada kemampuan suatu bahan untuk mentransfer arus listrik. Konduktivitas ditentukan oleh seberapa padat suatu benda dibandingkan dengan kekuatan medan listrik yang dapat dipertahankannya. Logam adalah zat dengan tingkat konduktivitas yang tinggi (juga dikenal sebagai konduktor) karena logam tersebut menunjukkan hambatan minimal terhadap muatan listrik. Isolator, seperti kaca, merupakan bahan yang tahan terhadap muatan listrik. Televisi, radio, dan komputer adalah contoh penemuan yang mengandalkan arus yang disediakan oleh konduksi listrik.

Saat ini, berdasarkan konduktivitas listriknya, padatan dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori berbeda. Berikut tiga kategori tersebut:

1.   Konduktor 

konduktor atau penghantar listrik adalah suatu material yang mudah menghantarkan arus listrik. Sifat hantarnya adalah memindahkan elektron-elektron dari satu titik, kelistrikan ke titik lainnya secara mudah.

2.   Isolator

Suatu jenis bahan atau zat yang sulit atau bahkan tidak bisa menghantarkan panas dan juga listrik. Isolator juga bisa dikenal dengan sebutan sebagai penghambat aliran listrik dan panas.

3.   Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah tetapi pada temperatur ruangan (suhu tinggi) bersifat sebagai konduktor.

                                                                                                                           

Cara kerja konduktivitas termal

    Dalam konduktivitas termal padatan, sumber panas menggerakkan partikel molekul dalam material dari area bersuhu tinggi ke bersuhu rendah. Proses perpindahan dari tinggi ke rendah ini disebut gradien suhu. Proses konduktivitas termal melintasi gradien berlanjut hingga material mencapai kesetimbangan termal. Yang berarti suhu yang sama di seluruh material. Konduktivitas termal dalam cairan dan gas bergerak lebih lambat karena partikel molekulnya tidak terlalu berdekatan.

Kesimpulan

    Dari artikel yang ada diatas dapat disimpulkan bahwa Konduksi adalah proses dimana sesuatu, seperti panas atau arus listrik, berpindah melalui satu zat ke zat lain. Salah satu zat atau benda tetap diam selama proses berlangsung, namun tetap dipengaruhi oleh perbedaan suhu, energi, atau kalor zat lainnya. Konduktivitas termal suatu benda merupakan kemampuan yang dimiliki suatu benda dalam memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang mempunyai konduktivitas termal  yang tinggi maka merupakan penghantar kalor yang baik, begitu sebaliknya. Benda yang mempunyai konduktivitas termal  yang rendah maka merupakan penghantar kalor yang buruk. Dari nilai konduktivitas termal tersebut dapat digolongkan material tersebut konduktor , isolator, atau semikonduktor

Soal

Batang besi dengan panjang 4 m, memiliki luas penampang 24 cm², dan perbedaan suhu kedua ujungnya 50º C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/msC. Tentukan jumlah kalor yang dirambatkan!

Solusi:

Diketahui:

L = 4 m

A = 24 cm² = 0,00024 m² = 24 × 10^-4 m²

k = 0,2 kal/msK

ΔT = 50º C

Ditanya: H = … ?

Jawab:

H = (k . A . ΔT)/L

H = (0,2 . 24 × 10^-4 . 50)/4

H = 0,0024/4

H = 0,0006

H = 6 × 10^-4 J/s

Jadi, jumlah kalor yang dirambatkan oleh besi yang dipanaskan adalah 6 × 10^-4 J/s2. 

 

Humaniora. 22 November 2022. Contoh-contoh benda isolator dan konduktor. https://mediaindonesia.com/humaniora/539090/contoh-contoh-benda-isolator-dan-konduktor 

team xometry. April 28 2023. Konduktivitas termal: pengertian, cara kerja, pentingnya, perhitungan, dan faktornya.  https://www.xometry.com/resources/materials/thermal-conductivity/

Aditia. H. Contoh soal dan penyelsaian perpindahan panas. https://id.scribd.com/document/420405812/contoh-soal

Materi maifia. (2016). Perpindahan kalor secara konduksi (hantaran). https://mafia.mafiaol.com/2016/03/perpindahan-kalor-secara-konduksi-hantaran.html

https://www.vedantu.com/chemistry/electrical-properties-of-solids