Konduktivitas Transfer Panas Suatu Benda

Perpindahan panas terjadi sebagai konduksi jika ada gradien suhu dalam padat atau cairan

Konduksi akan terjadi jika terdapat gradien suhu dalam media padat (atau stasioner cairan).

Energi ditransfer dari lebih energik untuk molekul kurang energik ketika molekul tetangga bertabrakan. Aliran panas konduktif terjadi pada arah penurunan temperatur karena suhu yang lebih tinggi berhubungan dengan energi molekul yang lebih tinggi. Hukum Fourier mengungkapkan perpindahan panas konduktif sebagai

q = k A dt / s (1)
mana
q = perpindahan panas (W, J / s, Btu / s)
A = luas perpindahan panas (m ² , ft ² )
k = konduktivitas termal dari material (W / mK atau W / m ^o C, Btu / (hr ^o F ft ² / ft))
dT = perbedaan suhu di seluruh bahan (K atau ^o C, ^o F)
s = ketebalan material (m, ft)

Contoh - Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Sebuah dinding datar terbuat dari besi padat dengan konduktivitas termal 70 W / m ^o C, ketebalan 50 mm dan dengan luas permukaan 1 m dengan 1 m, suhu 150 ^o C di satu sisi dan 80 ^o C di sisi lain. perpindahan panas konduktif dapat dihitung sebagai:

q = (70 W / m ^o C) (1 m) (1 m) ((150 ^o C) - (80 ^o C)) / (0,05 m)
= 98,000 (W)
= 98 (kW)

Heat Transfer melalui Dinding Pesawat Di Seri

Panas yang dilakukan melalui beberapa dinding dalam kontak termal yang baik dapat dinyatakan sebagai

q = (T ₁ - T _n ) / ((s ₁ / k ₁ A) + (s ₂ / k ₂ A) + ... + (S _n / k _n A)) (2)

mana

T ₁ = suhu di dalam permukaan (K atau ^o C, ^o F)

T _n = suhu permukaan luar (K atau ^o C, ^o F)

Heat Transfer melalui Furnace Wall - Contoh

Sebuah dinding tungku dari 1 m ² terdiri dari 1,2 cm stainless steel lapisan dalam tebal ditutupi dengan 5 cm ini lapisan isolasi luar papan asbes isolasi. Suhu permukaan dalam baja adalah 800 K dan suhu permukaan luar dari asbes adalah 350 K . Konduktivitas termal untuk stainless steel adalah 19 W / mK dan untuk papan asbes 0,7 W / mK .
Transportasi panas konduktif melalui dinding dapat dihitung sebagai

q = ((800 K) - (350 K) ) / (((0.012 m) / (19 W / mK) (1 m ² ) ) + ((0,05 m) / (0,7 W / mK) (1 m ² ) ))

= 6245 (W)

Konduktivitas termal dan Unit Umum

Btu / (h ft ² ^o F / ft)
Btu / (h ft ² ^o F / di)
Btu (s ft / ² ^o F / ft)
MW / (m ² K / m)
kW / (m ² K / m)
W / (m ² K / m)
W / (m ² K / cm)
W / (cm ² ^o C / cm)
W / (dalam ² ^o F / di)
kJ / (hm ² K / m)
J / (sm ² ^o C / m)
kcal / (hm ² ^o C / m)
kal / (s cm ² ^o C / cm)

KONDUKSI

Laju perpindahan panas konduksi melalui suatu lapisan material dengan ketebalan tetap adalah berbanding lurus dengan beda suhu di pangkal dan ujung lapisan tersebut, berbandung lurus dengan luas permukaan tegak lurus arah perpindahan panas dan berbanding terbalik dengan ketebalan lapisan. Ini dinyatakan dengan:

dimana k adalah koefisien perpindahan panas konduksi atau konduktivitas panas (thermal conductivity) dari material tersebut.

Persamaan ini dikenal dengan hukum Fourier untuk laju perpindahan panas konduksi.

Untuk tebal lapisan mendekati 0, persamaan diatas dapat ditulis kembali menjadi:

Panas dikonduksikan dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya rendah. Sebagai akibatnya gradien suhu (dT/dx) kearah x positif menjadi negatif. Dengan adanya tanda negatif pada persamaan diatas akan menyebabkan nilai laju perpindahan panas dari suhu tinggi ke suhu rendah ini akan menjadi positif.
Sebagai contoh, bila suhu bervariasi secara linear pada suatu benda dengan ketebalan L, dimana suhu T1 > T2, maka akan terjadi perpindahan panas dari permukaan dengan suhu T1 ke arah permukaan dengan suhu T2.
Gradien suhu menjadi :