Konduktor dan Isolator Panas
Perhatikan benda-benda yang ada di rumahmu. Di mana yang pa- ling banyak terdapat benda-benda bersifat konduktor panas?
Coba tuliskan nama benda beserta bahan dan kegunaannya dalam tabel seperti berikut ini.
Nama benda Bahan Kegunaan
Panci Aluminium Untuk memasak air
. . . .
. . . .
Kegiatan 5.2
Gambar Benda yang mempunyai bahan konduktor dan isolator setrika
wajan
Benda Kegunaan
Yang Panas Yang Tidak Panas Bagian Bahan Bagian Bahan
Bagaimana cara memegang bahan tersebut agar tangan kita tidak merasa panas?
Biasanya di dapur tersedia kain tebal untuk memegang alat-alat tersebut. Bentuknya dibuat macam-macam.
Adakah alat-alat yang dilengkapi bahan isolator sehingga dapat dipegang pada keadaan panas? Untuk mengamatinya lakukan kegiatan berikut.
Menyelidiki Suatu Benda yang Memiliki Bahan Konduktor dan Isolator Panas
Lakukan kegiatan ini di rumah dibantu kakak atau ibumu. Sediakan setrika dan panci atau wajan. (Lihat gambar)
1. Nyalakan setrika, dengan hati-hati selama ± 3 menit. 2. Panaskan wajan di atas kompor yang menyala ± 3 menit. 3. Tunjukkan bagian-bagian yang panas dan yang tidak panas.
Terbuat dari apa bagian-bagian tersebut? Catat hasil pengamatan dalam tabel seperti berikut ini.
Pengamatan
1. Sumber energi apa yang digunakan untuk memanaskan benda- benda tersebut?
2. Apa kegunaan bagian benda yang memiliki bahan konduktor dan isolator pada masing-masing benda?
3. Bolehkah kamu bermain-main di dekat setrika yang sedang dipanaskan? Mengapa?
Setrika . . . . Wajan . . . .
Tugas
Bahan-bahan untuk alat yang bersifat konduktor umumnya terbuat dari logam. Bahan isolator yang digunakan misalnya plastik, kayu, atau keramik. Plastik yang digunakan harus bersifat tahan panas. Plastik digunakan karena ringan, warnanya macam-macam, dan cukup kuat.
Kalau ada yang kedinginan karena sakit demam, badannya biasa diberi penghangat, ada yang dari air panas atau penghangat listrik. Coba diskusikan cara penggunaannya. Apa yang merupakan konduktor dan isolatornya?
Benda yang bersifat konduktor dan isolator panas banyak digunakan pada alat-alat rumah tangga.
Tips
Keramik mempunyai sifat tahan panas dan listrik sehingga cocok digunakan sebagai isolator alat-alat mesin yang sering panas. Pesawat ulang alik menggunakan lapisan keramik yang membuat para astronot tidak kepanasan saat berada di dalam pesawat tersebut.
1. Benda-benda yang dapat menghantarkan panas disebut konduktor panas.
2. Benda-benda yang tidak dapat menghantarkan panas disebut isola- tor panas.
3. Bahan yang dapat menghantarkan panas, contohnya logam dan kaca. 4. Bahan yang tidak dapat menghantarkan panas, contohnya kayu,
kain, karet, dan kertas.
5. Kegunaan benda yang bersifat menghantarkan panas atau konduktor, yaitu untuk memanaskan, memasak, dan menyetrika. 6. Untuk memudahkan pemakaian, benda-benda yang bersifat
konduktor diberi bahan isolator.
Benda bersifat terbuat dari terbuat dari digunakan untuk digunakan untuk melengkapi Menghantarkan panas/konduktor Kaca Logam
Alat-alat rumah tangga, alat memasak
Tidak menghantarkan panas/isolator
Plastik Kayu Kain Karet Kertas
A.
Pilih jawaban yang paling tepat!
1. Benda yang bersifat menghantarkan panas adalah . . . .
a. buku tulis c. sendok logam
b. karet penghapus d. mangkuk plastik
2. Benda berikut yang berfungsi untuk memanaskan masakan adalah . . . .
a. piring c. mangkuk plastik
b. panci d. piring plastik
3. Bahan untuk membuat benda yang bersifat menghantarkan panas atau konduktor adalah . . . .
a. besi c. kertas
b. karet d. kayu
Uji Kompetensi
R P
Q
air panas
4. Perhatikan gambar di samping. Selama
pencelupan, yang akan dirasakan . . . . a. ujung pensil terasa panas
b. semua bagian pensil akan panas c. ujung pensil tidak panas
d. semua pensil tidak panas
5. Pada alat masak di samping ini, bahan
yang tidak menghantarkan panas atau isolator adalah . . . .
a. besi c. kain b. kaca d. plastik
6. Pada gambar di samping isolator
ditunjukkan oleh huruf . . . . a. P dan R
b. R dan Q c. P dan Q d. R saja
7. Di antara kelompok isolator dan konduktor berikut yang salah penempatannya adalah . . . . Isolator Konduktor Plastik Besi Kayu Tembaga Perak Seng Karet Emas a. seng c. Perak b. Karet d. Emas
8. Sifat bahan isolator panas adalah . . . . a. dapat menghantarkan listrik b. dapat menghantarkan panas c. tidak dapat menghantarkan panas d. tidak dapat menghantarkan listrik
9. Benda-benda konduktor sering digunakan untuk alat-alat . . . .
a. masak c. mandi
10. Peralatan makan di meja ini yang tidak menghantarkan panas adalah . . . .
a. 1 b. 2 c. 3 d. 4
B.
Salin dan lengkapi titik-titik berikut ini dengan benar!
1. Benda yang dapat menghantarkan panas disebut . . . .2. Benda yang tidak dapat menghantarkan panas disebut . . . .
3. Sumber energi yang menghasilkan panas pada setrika adalah . . . . 4. Bahan-bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik contohnya
. . ., . . ., dan . . . .
5. Alat listrik yang bersifat konduktor panas dan dilengkapi isolator contohnya . . . .
C.
Jawab pertanyaan berikut dengan jelas dan singkat!
1. Tuliskan alat-alat dapur dan alat rumah tangga yang bersifat konduktor.
2. Apa saja bahan yang bersifat isolator dan konduktor?
3. Bagaimana cara untuk menguji sifat konduktor panas dari suatu benda?
4. Mengapa pegangan wajan diberi kayu atau plastik?
5. Sebutkan apa saja kegunaan benda yang bersifat konduktor panas.
D. Tugas
Perhatikan benda-benda yang ada di sekitar rumahmu. Tuliskan nama benda-benda tersebut, kegunaannya, dan bahannya bersifat konduktor atau isolator. Buat laporannya dalam bentuk tabel seperti berikut ini.
No. Nama Benda Kegunaannya Bahannya Konduktor Isolator
1. Sendok Untuk makan Logam ÷ –
2. . . . 3. . . . 4. . . . 5. . . . 1 2 3 4
Perhatikan pagar besi yang ada di sekolah atau di sekitar rumahmu. Mengapa pagar besi itu dicat?
Bagian rumah seperti pintu dan jendela yang terbuat dari kayu pun dicat atau dipelitur. Semua ini dilakukan agar benda-benda dapat tahan lama. Apa yang terjadi jika benda-benda itu terkena panas dan hujan yang terus-menerus dalam waktu yang lama? Bagaimana usaha untuk mencegah perubahan pada benda?
Kondisi yang Mempengaruhi
Perubahan pada Benda
Konduksi dalah perpindahan kalor melalui perantara berupa zat padat dimana perpindahan kalor pada zat padat tersebut tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya. Zat padat penghantar kalor, yaitu:
1. Konduktor
Konduktor adalah zat padat yang mampu menghantar kalor dengan baik. Zat padat yang tergolong dalam konduktor adalah jenis logam, seperti platinum, emas, perak, tembaga, aluminium, besi, dan jenis logam lainnya.
2. Isolator
Isolator adalah zat padat pengantar kalor yang lemah. Zat padat yang tergolong dalam isolator adalah zat padat non logam, seperti plastik, kain, kayu, karet, kertas, kaca, dan zat padat non logam lainnya.
Contoh perpindahan kalor secara konduksi:
- Perpindahan kalor dari kompor menuju panci yang terbuat dari logam, kemudian mengakibatkan air mendidih.
- Perpindahan panas oleh aliran listrik menuju bola lampu, bola lampu alan terasa panas ketika tersentuh oleh kulit.
- Perpindahan panas oleh listrik menuju setrika yang mengakibatkan setrika menjadi panas.
- Mesin motor yang dinyalakan mengakibatkan panas pada knalpot.
- Ketika bermain kembang api, lama kelamaan pegangan kembang api menjadi panas saat kembang api menyala.
- Mentega akan meleleh ketika wajan dipanaskan.
Baca juga : Mengenal apa itu elektron
Rumus Konduksi
Perpindahan jumlah kalor secara konduksi tiap detik dirumuskan dengan:
H = Q/t = (k . A . ΔT)/L
Q = (k . A . t) ΔT/L
Keterangan:
H = Jumlah kalor yang merambat tiap detik (J/s atau Watt)
Q = Banyak kalor (Joule)
t = Selang waktu (s)
k = Koefisien konduksi termal(J/msK atau W/mK)
A = Luas penampang batang (m2)
L = Panjang batang (m)
ΔT = Perbandingan suhu antar kedua ujung batang (K)
Baca juga : Contoh radiasi benda hitam
Contoh Soal
1. 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/s.
Baca juga : Perbedaan larutan elektrolit dan non elektrolit
2. Suatu batang logam yang salah satu ujungnya dipanasi. Batang logam tersebut memiliki luas penampang 25 cm2 dan konduktifitas termal 4.105 J/smC. Panjang batang logam tersebut 8 m dan perbedaan suhu kedua ujungnya 30º C. Kalor yang merambat dalam batang besi selama 2 detik adalah …
Solusi:
Diketahui:
A = 25 m2
k = 4 × 105 J/msC
L = 8 m
ΔT = 30º C
t = 2 s
Ditanya: Q = … ?
Jawab:
Q = (k . A . t) . ΔT/L
Q = (4 × 105 . 25 . 2) 30/8
Q = 75 × 106 J
Jadi, kalor yang merambat pada batang besi adalah 75 × 106 J.
3. Dua batang aluminium A dan B memiliki perbandingan luas penampang 3:2. Sedangkan perbandingan panjangnya 5:4. Jika perbedaan suhu ujung kedua aluminium sama. Rambatan kalor tiap satuan waktu pada aluminium A dan B adalah …
Solusi:
Diketahui:
Perbandingan luas penampang aluminium A dan B = 3:2
Baca juga : Contoh klasifikasi materi dalam kehidupan sehari-hari
Perbandingan panjang aluminium A dan B = 5:4
Ditanya: Rambatan kalor pada aluminium A dan B?
Jawab:
ΔTA = ΔTB
(QA . LA)/kA . AA . tA = (QB . LB /kB . AB . tB
(QA . 5)/kA . 3 . tA = (QB . 4)/kB . 2 . tB
(QA/kA ) 5/3 = (QB/kB)/4/2
(QA/kA )/(QB/kB) = (4/2)/(5/3)
(QA/kA )/(QB/kB) = (4/2) × (3/5)
(QA/kA )/(QB/kB) = 12/10
(QA/kA )/(QB/kB) = 0,12 J
Jadi, rambatan kalor pada aluminium A dan B adalah 0,12 J.
4. Lempengan tembaga mempunyai luas penampang 25 cm2 panjang 55 cm. Jika perubahan suhu kedua ujungnya 50º C dan konduktifitas kalor dari tembaga adalah 0,16 W/mK. Berapa laju perpindahan kalor?
Solusi:
Diketahui:
A = 25 cm2 = 25 × 10-4 m2
L = 55 cm = 55 × 10-2 m
ΔT = 50º C = 323,15 K
k = 0,16 W/mK
Ditanya: H = … ?
Jawab:
H = Q/t = (k . A . ΔT)/L
H = Q/t = (0,16 . 25 × 10-4 . 323,15)/55 × 10-2
H = Q/t = 0,002/55 × 10-2
H = Q/t = 0,036
H = Q/t = 36 × 10-2 J/s
Jadi, laju perpindahan kalor adalah 36 × 10-2 J/s.
Baca juga : Contoh soal konfigurasi elektron
5. Lempengan tembaga yang dipanaskan salah satu ujungnya memiliki panjang 4 m dan lebarnya 2 m. suhu masing-masing ujung tembaga adalah 33º C dan 43º C. Konduksi termal tembaga adalah 8 × 10-1 W/mK. Berapa jumlah kalor yang mengalir?
Solusi:
Diketahui:
L = 4 m
l = 2 m
T1 = 33º C = 306,15 K
T2 = 43º C = 316,16 K
k = 8 × 10-1 W/mK
Ditanya: H= … ?
Jawab:
A = L × l = 4 × 2 = 8 m2
ΔT = T2 – T1 = 316,16 – 306,15 = 10º K
H = Q/t = (k . A . ΔT)/L
H = Q/t = (8 × 10-1 . 8 . 10)/4
H = Q/t = 8 × 10-1 . 2 . 10
H = Q/t = 16 Watt
Jadi, jumlah kalor yang mengalir adalah 16 Watt.
6. Dua batang besi X dan Y disambungkan pada salah satu ujungnya. Pada ujung-ujung yang lain diberi panas sengan suhu berbeda, 60º C dan 30º C. Jika panjang logam sama dan konduktifitas besi X dua kali lipat besi Y. Tentukan suhu pada sambungan kedua logam!
Solusi:
Diketahui:
TX = 60º C
TY = 30º C
LX = LY
AX = AY
KX = kX
Ditanya: T = … ?
HX = HY
(kX . AX . ΔTX)/LX = (kY . AY . ΔTY)/LY
kX . ΔTX = kY . ΔTY
2 kY . (60º – T) = kY . (T – 30º)
2 . (60º – T) = (T – 30º)
120º – 2T = T – 30º
120º + 30º = T + 2T
150º = 3T
150º/3 = T
50º = T Jadi, suhu pada sambungan kedua logam adalah 50º C.