suatu batang tembaga panjang 75 cm disambung dengan sebatang baja panjang 125 cm penampang keduanya berbentuk lingkaran diameternya 2 cm ujung bebas dari tembaga dihubungkan dengan suhu 100 derajat Celcius dan ujung bebas baja dengan suhu 0 derajat Celcius. Asumsikan permukaan batang terisolasi secara termal hingga tidak ada panas yang keluar ke lingkungan. besar laju aliran panas yang melalui kedua logam adalah... J/s (diketahui:konduktivitas panas tembaga =385 J/ms°C dan baja 46 J/ms°C)
Penjelasan:
Untuk menghitung laju aliran panas yang melalui kedua logam, kita perlu menggunakan hukum perpindahan panas melalui konduksi, yang dinyatakan oleh persamaan:
Q = k * A * (T1 - T2) / d
di mana:
Q = laju aliran panas (dalam J/s)
k = konduktivitas termal (dalam J/ms°C)
A = luas penampang (dalam m^2)
T1 = suhu ujung pertama (dalam derajat Celcius)
T2 = suhu ujung kedua (dalam derajat Celcius)
d = panjang bahan (dalam m)
Kita akan menggunakan nilai konduktivitas termal untuk tembaga dan baja, serta panjang masing-masing bahan.
Untuk tembaga:
k (konduktivitas tembaga) = 385 J/ms°C
T1 (suhu ujung tembaga) = 100°C
T2 (suhu ujung kedua) = 0°C
d (panjang tembaga) = 75 cm = 0.75 m
Untuk baja:
k (konduktivitas baja) = 46 J/ms°C
T1 (suhu ujung baja) = 0°C
T2 (suhu ujung kedua) = 100°C
d (panjang baja) = 125 cm = 1.25 m
Selanjutnya, kita perlu menghitung luas penampang lingkaran menggunakan diameter yang diberikan (d = 2 cm).
A = π * (diameter/2)^2
A untuk tembaga = π * (2 cm / 2)^2 = 3.14 * (1 cm)^2 = 3.14 cm^2 = 3.14 * 10^-4 m^2
A untuk baja = π * (2 cm / 2)^2 = 3.14 * (1 cm)^2 = 3.14 cm^2 = 3.14 * 10^-4 m^2
Sekarang, kita bisa menghitung laju aliran panas untuk masing-masing bahan:
Q_tembaga = 385 J/ms°C * 3.14 * 10^-4 m^2 * (100°C - 0°C) / 0.75 m
Q_baja = 46 J/ms°C * 3.14 * 10^-4 m^2 * (0°C - 100°C) / 1.25 m
Q_tembaga = 385 J/ms°C * 3.14 * 10^-4 m^2 * 100°C / 0.75 m
Q_baja = 46 J/ms°C * 3.14 * 10^-4 m^2 * -100°C / 1.25 m
Q_tembaga = 0.16126 J/s
Q_baja = -0.145328 J/s (nilai negatif menandakan arah aliran panas berlawanan dengan asumsi)
Jadi, besar laju aliran panas yang melalui tembaga adalah 0.16126 J/s, dan besar laju aliran panas yang melalui baja adalah 0.145328 J/s (dalam arah berlawanan).