Proses perpindahan panas konveksi

Pengertian proses perpindahan panas secara konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Perpindahan panas secara Konveksi terjadi melalui aliran zat. Contoh yang sederhana adalah proses mencairnya es batu yang dimasukkan ke dalam air panas. Panas pada air berpindah bersamaan dengan mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut kemudian menyebabkan es batunya meleleh. Contoh lainnya yaitu ketika kita sedang memasak air. Air yang berada di bagian bawah mendapatkan panas lebih dahulu, kemudian pindah ke bagian atas tempat suhu dingin, dengan demikian suhu yang dingin indah ke bawah. Begitu seterusnya sehingga kita melihat air yang dimasak itu turun naik. Untuk membuktikannya, saat memasak air, masukkan biji kacang hijau, lihat bagaimana kacang hijau tersebut bergerak naik turun.

Contoh proses perpindahan panas konveksi

perhatikanlah gambar di diatas dengan penuh kseksama. Air yang berada di dalam wadah dipanaskan dengan nyala api yang berasal dari kompor. Ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor mengalir dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju dasar wadah (suhu lebih rendah). Karena mendapat tambahan kalor, maka suhu dasar wadah meningkat. Ingat ya, yang bersentuhan dengan nyala api adalah bagian luar dasar wadah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari bagian luar dasar wadah (yang bersentuhan dengan nyala api) menuju bagian dalam dasar wadah (yang bersentuhan dengan air). Suhu bagian dalam dasar wadah pun meningkat. Karena air yang berada di permukaan wadah memiliki suhu yang lebih kecil, maka kalor mengalir dari dasar wadah (suhu lebih tinggi) menuju air (suhu lebih rendah). Perlu diketahui bahwa perpindahan kalor pada wadah terjadi secara konduksi. Perpindahan kalor dari dasar wadah menuju air yang berada di permukaannya juga terjadi secara konduksi.

Adanya tambahan kalor membuat air yang menempel dengan dasar wadah mengalami peningkatan suhu. Akibatnya air tersebut memuai. Ketika memuai, volume air bertambah. Karena volume air bertambah maka massa jenis air berkurang. Kalau bingung, ingat lagi persamaan massa jenis alias kerapatan (massa jenis = massa / volume). Massa air yang memuai tidak berubah, yang berubah hanya volumeya saja. Karena volume air bertambah, maka massa jenisnya berkurang. Berkurangnya massa jenis air menyebabkan si air bergerak ke atas (kita bisa mengatakan air tersebut mengapung). Mirip seperti gabus atau kayu kering yang terapung jika dimasukan ke dalam air. Gabus atau kayu kering bisa terapung karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air.

Karena air yang terpanaskan bergerak ke atas maka posisi air tadi digantikan oleh air yang bersuhu lebih rendah yang berada di sebelah atas, dimana air tersebut akan menempel dengan dasar wadah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari dasar wadah menuju air yang bersuhu lebih rendah tersebut, Sehingga suhu air yang menempel atau yang dekat dengan dasar wadah berangsur-angsur menjadi panas (suhu meningkat) sehingga massa jenisnya berkurang. Karena massa jenisnya berkurang maka ia bergerak ke atas. Proses ini berlangsung terus menerus selama proses pemanasan (Pertukaran panas berlangsung). Jika lebih kita perhatikan lagi, air yang memiliki suhu yang tinggi tidak langsung meluncur tegak lurus ke atas tetapi berputar seperti yang ditunjukkan pada gambar. Hal ini disebabkan karena air yang berada tepat di atasnya memiliki massa jenis yang lebih besar, itulah kenapa ketika kita memasak air terlihat bergolak atau lazim disebut mendidih.

Perpindahan kalor pada proses pemanasan air merupakan salah satu contoh perpindahan kalor secara konveksi.

Catatan :

Pertama :

Proses perpindahan kalor dengan cara konveksi hanya terjadi dalam air. Perpindahan kalor dari dasar wadah menuju air terjadi secara konduksi.

Kedua :

Seandainya nyala api bersentuhan dengan wadah, maka kalor mengalir dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju wadah (suhu lebih rendah) dengan cara konduksi. Sebaliknya, jika nyala api tidak bersentuhan dengan wadah maka kalor mengalir dari nyala api menuju wadah dengan cara radiasi. Mengenai radiasi akan dibahas kemudian.

Ketiga :

Jika nyala api cukup besar maka kalor tidak hanya mengalir dari nyala api menuju dasar wadah tetapi juga menuju dinding wadah. Perpindahan kalor bisa terjadi dengan cara konduksi (apabila nyala api bersentuhan dengan dinding wadah) atau perpindahan kalor bisa terjadi dengan cara radiasi (apabila nyala api tidak bersentuhan dengan dinding wadah).

Keempat :

Proses pemanasan air menggunakan pemanas listrik juga mirip dengan kasus di atas. Elemen pemanas memiliki suhu yang lebih tinggi sedangkan air yang berada di sekitarnya memiliki suhu yang lebih rendah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari elemen pemanas menuju air yang menempel dengannya. Perpindahan kalor dari elemen pemanas menuju air terjadi secara konduksi. Sebaliknya, proses perpindahan kalor dalam air terjadi secara konveksi.