Sinar matahari memancar memasuki atmosfer bumi dan menyentuh kulit kita. Oven yang menyala membakar makanan menjadi matang. Mesin mobil yang bergerak mengeluarkan panas melalui radiator. Semua ini adalah contoh perpindahan panas secara radiasi yang mungkin tidak banyak kita sadari.
Dalam dunia sains, perpindahan panas radiasi telah menjadi subjek menarik untuk dipelajari dan diaplikasikan dalam berbagai aspek kehidupan kita. Penjelasan lengkapnya adalah seperti berikut ini.
Daftar ISI
Contoh Perpindahan Panas Secara Radiasi
Contoh perpindahan panas secara radiasi bisa dengan mudah kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Meski terdengar sederhana, nyatanya terdapat penjelasan ilmiah yang menarik dalam setiap kasus perpindahan panas secara radiasi. Berikut ini adalah beberapa contohnya.
1. Pemanasan Sinar Matahari
Contoh perpindahan panas secara radiasi adalah panas sinar matahari yang kita rasakan setiap hari. Ketika sinar matahari mencapai permukaan bumi, energi termal atau panas dipancarkan dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
Sinar matahari sendiri terdiri dari berbagai panjang gelombang, termasuk sinar ultraviolet, cahaya tampak, dan sinar inframerah. Ketika sinar matahari menyentuh permukaan bumi, sebagian besar energi panasnya diserap oleh tanah, air, dan permukaan lainnya.
Proses ini menyebabkan pemanasan atmosfer dan permukaan Bumi. Selain itu, ketika energi panas diserap oleh bumi, suhu lingkungan meningkat, yang berkontribusi pada kondisi iklim dan cuaca di berbagai wilayah.
Lebih lanjut, energi panas dari sinar matahari juga berperan penting dalam siklus hidrologi, termasuk penguapan air dari permukaan laut dan danau, yang kemudian membentuk awan dan hujan.
2. Memasak Makanan dengan Oven
Contoh perpindahan panas secara radiasi selanjutnya adalah ketika kamu memasak bahan makanan menggunakan oven. Di dalam oven, terdapat elemen pemanas seperti kawat atau elemen pemanas inframerah yang dipanaskan hingga suhu tinggi.
Ketika elemen pemanas ini dipanaskan, ia memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombang inframerah. Radiasi inframerah ini kemudian mengenai makanan yang berada di dalam oven. Lalu, saat radiasi panas tersebut mencapai permukaan makanan, energinya diserap oleh molekul-molekul makanan.
Akibatnya, molekul-molekul makanan mulai bergetar lebih intens, dan energi ini diubah menjadi energi kinetik yang meningkatkan suhu makanan. Proses ini berlanjut hingga makanan matang secara merata.
3. Melelehnya Es di Permukaan yang Lebih Hangat
Pernah melihat es meleleh ketika disimpan di atas logam atau batu? Nah, hal tersebut adalah contoh perpindahan panas secara radiasi. Hal ini bisa terjadi karena logam maupun batu memiliki suhu yang lebih hangat dibandingkan es.
Karena perbedaan suhu tersebut, energi termal akan mengalir dari objek yang lebih hangat (permukaan benda) ke objek yang lebih dingin (es). Saat permukaan benda yang lebih hangat memancarkan radiasi panas, energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dilepaskan.
Gelombang panas menuju ke arah es yang menjadi penerima dari energi panas ini. Ketika gelombang panas mencapai permukaan es, energinya diserap oleh partikel-partikel air dalam es.
Proses penyerapan energi ini menyebabkan molekul-molekul air dalam es menjadi lebih bergerak dan memperoleh energi kinetik tambahan. Jadi, semakin banyak radiasi panas yang diterima oleh es, semakin banyak molekul air yang akan bergerak lebih cepat.
Lalu, ketika energi panas cukup besar dan molekul-molekul air dalam es bergerak lebih cepat, ikatan antarmolekul air mulai melemah. Ikatan yang membuat es padat mulai pecah, dan es pun mulai berubah wujud menjadi air cair. Proses inilah yang kita kenal sebagai melelehnya es.
4. Pendingin Radiator dalam Mesin Mobil
Contoh perpindahan panas secara radiasi juga bisa ditemukan dalam proses pendinginan mesin mobil. Saat mesin beroperasi, itu menghasilkan panas yang harus diatur agar mesin tidak mengalami overheat. Radiator dalam mesin mobil berperan penting dalam proses ini.
Radiator dalam mesin mobil memiliki cairan pendingin, biasanya berupa campuran air dan cairan pendingin khusus. Ketika mesin berjalan, cairan pendingin ini mengalir melalui bagian-bagian mesin yang memanas dan mengambil panas dari mesin. Selanjutnya, cairan pendingin yang sudah panas akan mengalir menuju radiator.
Di dalam radiator, panas yang terkandung dalam cairan pendingin dipancarkan ke lingkungan sekitarnya melalui perpindahan panas secara radiasi. Radiator dirancang dengan banyak sirip logam yang bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan dan memaksimalkan radiasi panas.
Ketika cairan pendingin melepaskan panas melalui radiasi, cairan tersebut menjadi lebih dingin dan siap untuk mengalir kembali ke mesin untuk mendinginkannya. Proses ini berlanjut secara terus-menerus selama mesin beroperasi, menjaga suhu mesin dalam batas yang aman.
5. Pembakaran Logam di Tungku
Ketika logam dipanaskan dalam tungku, seperti tungku peleburan logam atau tungku pembuatan kaca, ia akan memancarkan radiasi panas. Proses pembakaran logam ini adalah contoh perpindahan panas secara radiasi yang penting dalam industri metalurgi.
Ketika logam dipanaskan dalam tungku, suhu logam meningkat dan molekul-molekul logam mulai bergetar lebih intens. Ketika molekul-molekul ini bergetar, mereka memancarkan energi panas dalam bentuk radiasi elektromagnetik, termasuk radiasi inframerah.
Radiasi panas ini berperan penting dalam memanaskan logam hingga suhu yang diinginkan. Suhu logam yang meningkat akan mempengaruhi sifat-sifat fisik dan kimia logam, seperti kekuatan dan keuletan yang diperlukan untuk proses manufaktur.
Apa itu Radiasi Kalor?
Untuk bisa lebih memahami berbagai contoh perpindahan panas secara radiasi yang sudah disebutkan sebelumnya, Anda perlu mengerti apa itu radiasi kalor? Radiasi kalor, dikenal juga sebagai radiasi termal atau radiasi panas adalah salah satu dari tiga mekanisme transfer panas selain konduksi dan konveksi.
Ini adalah proses di mana energi panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik oleh suatu benda yang memiliki suhu lebih tinggi ke benda yang memiliki suhu lebih rendah. Radiasi kalor dapat terjadi bahkan dalam ruang hampa udara karena tidak memerlukan medium untuk mentransfer panas.
Radiasi kalor terjadi karena semua benda yang memiliki suhu di atas nol mutlak (0 Kelvin atau sekitar -273,15 derajat Celcius) akan memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
Hukum radiasi Stefan-Boltzmann dan hukum Planck menjelaskan sifat radiasi kalor dan hubungannya dengan suhu.
Hukum radiasi Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa daya pancar (kekuatan radiasi) dari suatu benda berbanding lurus dengan keempat suhu benda dalam kelvin. Lalu, hukum Planck menjelaskan distribusi energi panas dalam spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda pada suhu tertentu.
Bagaimana Radiasi Kalor Terjadi?
Setelah mengetahui contoh perpindahan panas secara radiasi, mungkin Anda bertanya tanya bagaimana fenomena ini terjadi. Radiasi kalor terjadi karena atom dan molekul di dalam suatu benda bergerak secara acak akibat energi panas yang dimilikinya.
Atom dan molekul tersebut terdiri dari partikel bermuatan, yaitu proton yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif.
Gerakan acak ini menyebabkan perubahan medan listrik dan medan magnetik di sekitar partikel yang mengakibatkan pelepasan radiasi elektromagnetik. Proses perpindahan kalor secara radiasi dipengaruhi oleh beberapa faktor.
Pertama, suhu benda mempengaruhi jumlah radiasi kalor yang dipancarkan. Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin banyak kalor yang dipancarkan dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
Kedua, luas permukaan benda juga berpengaruh. Semakin besar luas permukaan benda, semakin banyak permukaan yang dapat memancarkan radiasi kalor, sehingga jumlah kalor yang dipancarkan akan lebih besar.
Selain itu, sifat permukaan benda memiliki peran. Permukaan yang kasar akan meradiasikan lebih banyak kalor dibandingkan dengan permukaan yang licin. Sebab, kasarnya permukaan memberikan lebih banyak area permukaan yang dapat memancarkan radiasi.
Terakhir, jenis material juga mempengaruhi jumlah radiasi kalor yang dipancarkan. Beberapa material seperti batu bara dan alumunium akan meradiasikan lebih banyak kalor daripada material lainnya pada suhu yang sama.
Persamaan Laju Kalor Radiasi
Jika sudah tahu Contoh perpindahan panas secara radiasi, mari kita bahas lebih dalam mengenai persamaan laju kalor radiasi. Persamaan laju kalor radiasi menggambarkan jumlah panas yang dipancarkan atau diterima oleh suatu benda melalui radiasi.
Persamaan ini berhubungan dengan hukum radiasi Planck dan hukum Stefan-Boltzmann. Adapun persamaan laju kalor radiasi biasanya dinyatakan sebagai berikut:
- Q: Kalor (dalam joule atau kal)
- t: Waktu (s)
- ε: Emisivitas benda, nilai antara 0 hingga 1 yang menunjukkan seberapa baik benda memancarkan radiasi. Benda hitam memiliki emisivitas 1, sementara benda sempurna yang memantulkan semua radiasi memiliki emisivitas 0.
- σ: Konstanta Stefan-Boltzmann (sekitar 5.67 x 10^-8 watt/m²K^4)
- A: Luas permukaan benda yang memancarkan atau menerima radiasi (dalam meter persegi)
- T: Suhu benda (dalam Kelvin)
Tahu Apa saja Contoh perpindahan Panas secara Radiasi?
Itu dia contoh perpindahan panas secara radiasi serta penjelasan lengkapnya. Setelah memahami konsep radiasi, kedepannya Anda pasti bisa menemukan lebih banyak contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari.
