Perpindahan Kalor melalui Radiasi : Materi, Contoh Soal dan Pembahasan

, , Leave a comment

Perpindahan kalor melalui radiasi terjadi secara pancaran dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa perantara. Persamaan perpindahan kalor melalui radiasi adalah sebagai berikut:

\(\frac{Q}{t} =e\sigma A T^4 \)

Dengan :
\(\frac{Q}{t}\) = kalor yang dipindahkan persatuan waktu (J/s)
A = luas permukaan (m2)
e = emitivitas
σ = tetapan Stefan – Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)
T = suhu (K)

Contoh Soal 1:
Laju radiasi oleh benda hitam pada suhu 0oC adalah E watt. Jika suhu benda hitam 273oC, laju radiasinya ….
A. 24E
B. 16E
C. 12E
D. 8E
E. 4E

Pembahasan :
Diketahui :
T = 0oC + 273 = 273 K
T’ = 273oC + 273 = 546 K
\(\frac{Q}{t}\)= E
Ditanyakan : \((\frac{Q}{t})’\)= ?

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{273}{546})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16E
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 2 :
Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses ….
A. radiasi dan konveksi
B. radiasi dan konduksi
C. konduksi dan konveksi
D. radiasi
E. konveksi

Pembahasan :
Api unggun di dekat kita merambat melalui radiasi dan konveksi. Radiasi yang merambat berlangsung cepat sehingga langsung terasa hangat mengenai tubuh kita, sementara aliran kalor secara konveksi melalui perpindahan molukel udara berlangsung lama.

Jawaban : A

Contoh Soal 3 :
Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari 0oK berbanding lurus dengan :
A. suhunya
B. pangkat dua dari suhunya
C. suhu keliling
D. massa benda itu
E. luas permukaan benda

Pembahasan :
Persamaan perpindahan kalor secara radiasi adalah sebagai berikut :
\(\frac{Q}{t}\)=eσAT4
Dari persamaan di atas, maka jumlah kalor yang dipancarkan berbanding lurus terhadap luas permukaan benda (A)

Jawaban : E

Contoh Soal 4 :
Suatu benda hitam pada suhu 27oC memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327oC. Energi yang dipancarkan menjadi ….
A. 2 R
B. 4 R
C. 6 R
D. 12 R
E. 16 R

Pembahasan :
T = 27oC + 273 = 300 K
\(\frac{Q}{t}\)=R J/s
T’ = 327oC + 273 = 600 K

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{300}{600})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16R
\end{aligned}

Jawaban : E

Contoh Soal 5 :
Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ….
A. 300 mW
B. 150 mW
C. 75 mW
D. 37,5 mW
E. 18,75 mW

Pembahasan :
T = T –> daya P = 300 mW
T’ = ½ T –> daya P’ = ?
\(\frac{Q}{t}\)=P maka ;

\begin{aligned}
\frac{(P}{(P’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(\frac{T}{\frac{1}{2}}T)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(2)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(16) \\
(P)’ &= \frac{300}{16} \\
&= 18,75 \quad \textrm{mW}
\end{aligned}

Jawaban : E

 

Leave a Reply