Bagaimana suhu air mempengaruhi perpindahan kalori melalui fluida. Perbedaan suhu menyebabkan kerapatan suatu tempat di dalam fluida berbeda dengan kerapatan suatu tempat di dalam fluida yang lain.
aksiografi.com – Umumnya benda yang panas memiliki kalor lebih banyak daripada benda dingin, tetapi energi dalam benda panas bukanlah kalor, melainkan energi termal. Kalor atau bahang adalah perpindahan energi dari benda berenergi termal tinggi ke benda berenergi termal lebih rendah. Proses perpindahan kalor dari satu partikel ke partikel lain melalui benturan partikel-partikel dinamakan konduksi termal. Sedangkan konveksi adalah proses perpindahan kalor oleh pergerakan fluida (zat cair atau gas).
Konveksi alami adalah pergerakan fluida ke atas dan ke bawah yang disebabkan oleh perbedaan suhu. Konveksi paksa adalah ketika sebuah peralatan eksternal, seperti kipas angin, menyebabkan terjadinya perputaran udara panas dan udara dingin.
Dalam percobaan ini, kamu akan mengamati bagaimana suhu air mempengaruhi perpindahannya. Kamu akan menentukan bagaimana sebuah daerah bisa dihangatkan atau disejukkan dengan arus konveksi langsung. Kamu juga akan menemukan suhu pada berbagai ketinggian yang berbeda-beda dalam sebuah ruangan dan menggunakan hasilnya untuk menentukan apakah terjadi arus konveksi dalam ruangan tersebut.
Tujuan Pembelajaran
Menentukan bagaimana suhu air mempengaruhi perpindahan kalori melalui fluida
Bahan-Bahan
- stoples berukuran 1 liter
- air keran panas dan dingin
- 4 atau 5 balok es batu
- sendok
- cangkir kopi
- pewarna makanan berwarna biru
- pipet
Cara Kerja
1. Isi stoples dengan air dingin hingga setengahnya.
2. Tambahkan balok-balok es ke dalam stoples berisi air.
3. Gunakan sendok untuk mengaduk campuran es dan air untuk mendinginkan air, kemudian pindahkan es-es yang tidak larut.
4. Isi cangkir dengan seperempat penuh air panas.
5. Tambahkan 10 tetes atau lebih pewarna makanan ke dalam air panas. Aduk.
6. Isi pipet dengan air panas yang berwama.
7. Letakkan ujung pipet di bagian dalam stoples sekitar 2,5 cm di atas air. Sambil mengamati dari sisi luar stoples, pencet pipet dengan perlahanlahan sehingga air menetes turun ke dalam air dingin. Buatlah catatan mengenai gerakan air panas yang berwama setelah air masuk ke dalam air dingin.
8. Ulangi Langkah 7 sebanyak empat kali.
9. Amati isi stoples secara periodik selama 10 menit atau sampai tidak ada perubahan lagi yang terlihat.
Hasil Perpindahan Kalori
Praktek bagaimana suhu air mempengaruhi perpindahan kalori melalui fluida berhasil. Sebagian air berwarna biru sedikit tenggelam di dalam air dingin, sementara sebagian lagi bergerak menyebar di permukaan air. Sebagian besar air berwarna biru yang tenggelam di dalam air dingin dengan sangat cepat bergerak naik kembali dan bergabung dengan air berwarna lain yang berada di atas dan di dekat permukaan air dingin. Setelah beberapa waktu, air berwarna biru tenggelam, seluruh air menjadi berwarna biru muda.
Mengapa?
Energi termal suatu benda adalah jumlah seluruh energi potensial dan energi kinetik dari partikel-partikel penyusun benda. Kalor adalah perpindahan energi termal dari benda berenergi termal tinggi ke benda berenergi termal lebih rendah.
Dengan kata lain, energi termal dipindahkan dari benda panas ke benda yang lebih dingin. Ketika tluida menjadi hangat dengan cara menyerap panas, energi termalnya meningkat, sehingga energi kinetik dari partikel-partikelnya juga meningkat.
Hal ini menyebabkan partikel-partikel tersebut menyebar (bergerak memisah lebih jauh sehingga menyebabkan volumenya membesar), sehingga kerapatannya berkurang. Begitu juga dengan air panas berwarna, yang memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada air dingin di dalam stoples.
Ketika dituang ke dalam stoples, momentum (nilai yang menggambarkan besarnya gerak yang dimiliki oleh suatu benda) air panas berwarna, membawa air panas tersebut ke bawah permukaan air dingin. Namun sebagian besar air panas yang berwarna tersebut kemudian naik lagi ke atas air dingin tersebut karena kerapatan air panas tersebut lebih rendah. Semakin besar perbedaan suhu air, semakin besar perbedaan kerapatannya.
Ketika air panas berwarna mendingin, suhunya turun dan pada akhirnya S; semua air bercampur. Ketika seluruh air bersuhu sama, air yang berwarna tidak lagi bergerak naik atau turun, melainkan menyebar, yang disebabkan oleh difusi (pergerakan fluida yang disebabkan karena gerakan molekul).
Gerakan naik dan turun yang dialami fluida disebabkan oleh perbedaan antara kerapatannya dan kerapatan di sekitar fluida menghasilkan arus konveksi. Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat yang lain oleh pergerakan fluida itu sendiri.
Konveksi alami adalah pergerakan fluida yang disebabkan oleh perbedaan suhu. Perbedaan suhu menyebabkan kerapatan suatu tempat di dalam fluida berbeda dengan kerapatan suatu tempat di dalam fluida yang lain. Konveksi paksa adalah penggunaan peralatan eksteenal, seperti kipas angin, untuk menimbulkan perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain oleh pergerakan fluida itu sendiri.
Cobalah Pendekatan Baru
Setelah melakukan praktek bagaimana suhu air mempengaruhi perpindahan kalori melalui fluida, selanjutnya kita akan melakukan pendekatan baru: bagaimana pengaruh perbedaan suhu terhadap hasil yang diperoleh?
Ulangi pengamatan, isi stoples dengan air panas dan pipet dengan air dingin. Bagaimana percobaan ini dapat memperagakan kondisi atmosferik yang disebut inversi?
Jalur berbentuk lingkaran tempat mengalirnya arus konveksi disebut sel konveksi. Gunakan sebuah diagram untuk menunjukkan gerakan fluida dalam sebuah sel konveksi.
Selamat Belajar!
