Konduktivitas adalah kemampuan benda atau bahan untuk mentransmisikan panas. Dengan demikian, ia bergerak melalui benda padat atau dari satu benda ke benda lain, karena keduanya saling bersentuhan. Ini adalah satu-satunya cara agar panas dapat melewati seluruh tubuh. Timbul pertanyaan: "Bagaimana udara dan bahan lain menghantarkan panas?" Cari tahu di artikel!
Konduktivitas termal
Kemampuan untuk mentransfer panas dalam suatu benda disebut konduktivitas termal. Properti ini dilambangkan dengan huruf k, dan diukur dalam W / (m × K). Nilai konduktivitas termal bervariasi untuk bahan yang berbeda. Jadi, emas, perak dan tembaga memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Omong-omong, bahan-bahan ini juga merupakan konduktor listrik yang baik. Bagaimana udara menghantarkan panas? Jawabannya singkat: itu adalah konduktor yang buruk. Tingginya konduktivitas emas, perak dan tembaga disebabkan oleh fakta bahwa elektron yang bertanggung jawab untuk transfer muatan juga mengambil bagian dalam transfer energi panas.
Tetapi bahan seperti kaca dan wol mineral memiliki konduktivitas termal yang rendah. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa mereka memiliki sangat sedikit elektron "bebas" untuk transfer energi panas di dalam padatan. Bahan jenis ini disebut isolator. Laju perpindahan panas (yaitu, laju pergerakan energi panas) secara langsung bergantung pada konduktivitas termal, perbedaan suhu, dan area kontak serta material yang dimiliki benda tersebut. Untuk alasan yang sama, tidak dapat dikatakan bahwa udara menghantarkan panas dengan baik.
Jika bahan merupakan konduktor panas yang baik, maka bahan tersebut dengan cepat bergerak ke seluruh tubuh. Logam banyak digunakan untuk tujuan perpindahan panas karena memiliki sifat yang memungkinkan panas untuk disirkulasikan sekaligus menahan suhu ekstrim yang terkait dengan pemanasan.
Ini adalah elektron yang bertanggung jawab untuk transfer energi panas, serta muatan listrik. Oleh karena itu, logam adalah konduktor panas dan listrik yang baik! Di sinilah letak jawaban atas pertanyaan: “Mengapa udara merupakan penghantar panas yang buruk?”
Namun, jangan bingung konduktivitas listrik (yang terkait dengan muatan elektron) ketika yang Anda maksud adalah konduktivitas termal (yang terkait dengan transfer energi elektron).
Kami membuktikan dengan pengalaman
Coba pegang salah satu ujung batang logam di atas api - setelah beberapa menit akan memanas.
Sekarang pegang ujung tongkat kayu dalam nyala api dan ujungnya akan menjadi sangat panas sehingga akhirnya akan terbakar. Namun, ujung tongkat yangkamu tunggu, tetap tenang.
Panas tidak menyebar ke seluruh volume benda karena komposisinya: strukturnya menyulitkan elektron untuk mentransfer panas melalui materi.
Jadi, pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa kayu bukanlah penghantar panas yang baik. Jika Anda pernah melihat bagian kayu di bawah mikroskop, Anda mungkin memperhatikan struktur kayu: terdiri dari sel-sel individual yang bertindak sebagai isolator karena tidak saling berhubungan. Sel-sel tersebar seperti batu di sungai. Panas bergerak jauh lebih lambat melalui bahan seperti itu daripada di logam, di mana atom-atomnya terikat bersama dalam "kisi" tiga dimensi.
Udara adalah penghantar panas yang buruk. Pengalaman kehidupan sehari-hari menunjukkan: mengingat struktur jendela. Mereka selalu terdiri dari setidaknya dua gelas, di antaranya ada "bantalan" udara. Lapisan ini membantu menjaga panas di dalam ruangan tanpa mengeluarkannya.
Jadi, jika energi panas diterapkan secara langsung ke salah satu bagian benda padat, elektron dalam benda tersebut menjadi tereksitasi. Ini menghasilkan getaran kisi atom yang bergerak melalui objek, meningkatkan suhu saat mereka lewat. Semakin dekat tautan dalam padatan, semakin cepat perpindahan panas.
Cairan adalah konduktor panas yang buruk
Jika Anda memasang es batu di dasar tabung reaksi berisi air (Anda perlu menggunakan pemberat untuk melakukannya, jika tidak es batu akan mengapung di permukaan, jadiseperti es yang massa jenisnya lebih rendah dari air) lalu panaskan air di bagian atas tabung, Anda akan menemukan bahwa air akan mendidih di bagian atas tabung dan es batu akan tetap beku.
Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa air merupakan penghantar panas yang buruk. Sebagian besar panas akan bergerak dalam arus konveksi di dalam air di bagian atas tabung, hanya sebagian kecil yang akan tenggelam ke dalam es batu.
Bagaimana udara menghantarkan panas?
Udara adalah kumpulan gas. Meskipun sangat baik untuk konveksi, jumlah panas yang dapat dipindahkannya minimal karena massa materi yang kecil tidak dapat menyimpan banyak panas - itulah sebabnya ia tidak dianggap sebagai konduktor yang baik. Sifat isolasi udara digunakan oleh manusia dalam kehidupan sehari-hari. Jadi, mereka digunakan untuk mengisolasi pendingin di dinding bangunan. Bahkan kerja termos didasarkan pada kenyataan bahwa udara tidak menghantarkan panas dengan baik. Ada banyak contoh!
Jadi apa yang menyebabkan fenomena ini? Karena udara tidak padat, ada sejumlah massa yang tersedia untuk mentransfer energi panas melalui konduksi. Oleh karena itu, ini adalah konduktor yang buruk, tetapi isolator yang sangat baik. Namun demikian, jawaban atas pertanyaan: "Apakah udara menghantarkan panas?" - tidak begitu jelas. Jadi, perhatikan fenomena berikut.
Radiasi adalah perpindahan energi melalui gelombang atau partikel yang tereksitasi. Udara menciptakan celah termal yang tidak memungkinkan energi panas untuk mengatasinya. Panas harus dipancarkan dari permukaan kepartikel udara, maka harus dipancarkan dari udara ke permukaan yang berlawanan. Panas bergerak sangat lambat di antara ketiga bahan, dan sebagian besar energi panas yang ditransfer diserap di udara.
Konveksi adalah perpindahan panas melalui zat cair atau gas karena penurunan massa jenis karena penyerapan panas. Dalam hal ini, sifat-sifat udara menjadi sangat berguna. Itu juga bergerak ke atas dengan mentransfer panas dari wadah atau ruang yang terisolasi. Oleh karena itu, konveksi digunakan untuk menghilangkan panas dan dapat digunakan untuk mendinginkan permukaan. Distribusi panas melalui konveksi di udara agak tidak efisien, namun digunakan untuk banyak tujuan pendinginan. Ya, udara adalah penghantar panas yang buruk.
Contoh Isolasi
Isolasi digunakan untuk banyak tujuan. Beberapa di antaranya termasuk mendinginkan minuman dan makanan, menciptakan celah udara di dinding, dan memasukkan kantong udara ke dalam peralatan dapur. Fitur bagaimana udara menghantarkan panas bahkan berlaku untuk busa isolasi.
Kesimpulan
Konduktivitas adalah perpindahan panas melalui benda padat. Ini berbeda dari fenomena konveksi di mana tidak ada gerakan materi yang terjadi dalam prosesnya. Sekarang kita tahu apakah udara menghantarkan panas dengan baik, dan mengapa.
