Prinsip Konduksi Kalor (Heat Conduction)

Konduksi kalor (heat conduction) adalah salah satu dari mekanisme perpindahan kalor. Perpindahan kalor secara konduksi membutuhkan medium tapi mediumnya tidak berpindah. Jadi hanya kalornya saja yang mengalir. Contoh sederhana konduksi kalor adalah seperti gambar dibawah ini:

Ilustrasi Konduksi kalor (https://commons.wikimedia.org/)

Terlihat bahwa ada sebuah benda (misal: batang logam) yang dipanaskan pada salah satu ujungnya dengan api. Akibatnya temperatur di ujung tersebur lebih tinggi dibandingkan dengan ujung lainnya. Karena ada perbedaan temperatur ini, maka kalor berpindah dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Saat kalor berpindah, molekul-molekul batang logam tetap di posisinya atau dengan kata lain tidak berpindah. Perpindahan kalor ini dapat dirasakan dengan tangan yang memegang ujung dingin. Walaupun ujung yang dingin (awalnya) ini tidak dipanaskan oleh api, tapi dapat dirasakan makin lama makin panas juga. Hal ini dikarenakan adanya kalor yang berpindah dari ujung yang dipanasi oleh api ke ujung yang dipegang dengan tangan.

Konduksi kalor umumnya terjadi di benda padat. Secara mikroskopis proses terjadinya konsumsi dapat dilihat di gambar di bawah ini.

Ilustrasi konduksi secara mikroskopis (sumber gambar:https://intl.siyavula.com/)

Terlihat pada gambar bahwa molekul yang dipanaskan (diberi kalor) hanya satu saja, yaitu molekul yang berada di kiri bawah (gambar a). Dengan dipanaskan maka energi kinetik molekul ini menjadi lebih besar dengan bervibrasi. Vibrasi ini molekul ini kemudian merambat the molekul di dekatnya sehingga energi kinetik mokelu disekitanya juga meningkat (gambar b). Kemudian semakin lama perambatan vibrasi ini semakin meluas. Perpindahan kalor secara konduksi tidak membuat posisi molekul berpindah tempat.

Besarnya kalor yang berpindah secara konduksi berbanding lurus dengan luas permukaan (A) dan perbedaan temperatur (ΔT), tapi berbanding terbalik dengan panjang benda (L), atau secara simbol dituliskan seperti ini:

Konduksi juga dipengaruhi oleh jenis bahan, oleh karena itu dibutuhkan suatu besaran yang menunjukkan sebarapa baik bahan dapat menghantarkan kalor secar konduksi. Besaran ini disebut dengan konduktifitas termal. Oleh karena itu besarnya kalor yang berpindah secara konduksi dapt dituliskan sebagai berikut:

Persamaan di atas berlaku jika luas permukaan sepanjang arah perpindahan kalor tidak berubah (konstan). Secaru umum perpindahan kalor secara konduksi dimodelkan dengan hukum Fourier, yaitu:

Tanda negatif di ruas kiri adalah diperlukan untuk menyesuaikan dengan arah perpindahan kalor. Hukum Fourier ini akan digunakan untuk menganalisis perpindahan kalor jika bentuk geometri benda memiliki luas permukaan yang tidak konstan sepanjang arah aliran kalornya, seperti silinder dan bola.

(Tri Ayodha Ajiwiguna)