Permukaan dalam suatu dinding rumah dijaga agar bersuhu tetap 30°C pada saat udara luar 20°C. Berapa banyak kalor yang hilang karena konveksi alami pada dinding berukuran 8,00 m x 4,00 m selama sehari? Anggap koefisien konveksi rata-rata 3,5 W/m2 K. 

Para peneliti di masa lampau sempat keliru dalam mendefinisikan kalor. Pada awalnya mereka mendefinisikan bahwa kalor merupakan sejenis fluida karena ia mengalir dari satu sistem ke sistem lain. Tapi, Pada akhirnya peneliti di era sekarang memahami bahwa kalor bukanlah fluida, melainkan energi yang berpindah dari satu sistem ke sistem lainnya karena perbedaan suhu. Biasanya kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke suhu yang lebih rendah. Bagaimana kalor bisa berpindah? Terdapat 3 cara dalam perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Untuk menyelesaikan soal ini kita hanya membahas perpindahan kalor secara konveksi. Meskipun antara sisi bagian dalam dinding dengan sisi bagian luar dinding terjadi aliran secara konduksi (aliran pada zat padat), kita hanya akan meninjau aliran kalor secara konveksi antara sisi luar dinding dengan udara luar. 


Identifikasi Konsep

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Sebagai contoh Saat kita memasak air, yang terlebih dahulu panas adalah air yang berada dekat dengan dasar panci. Air yang dipanaskan akan memuai dan ini menyebabkan massa jenisnya menjadi kecil. Karena lebih ringan maka air dibagian bawah naik dan air yang semula berada dibagian atas akan turun karena massa jenisnya lebih besar. Proses tersebut berlanjut terus menerus sampai air yang dimasak tadi memiliki suhu yang sama.

<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-77/ChapId-645/LessonId-1549/ModuleId-2/QuestionCode-21GUEYBINXO/11b.png" />

Besarnya laju aliran kalor secara konveksi secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.
\( \frac{Q}{t}=h.A.\triangle T\Rightarrow(1)\)

dimana:
Q : banyak kalor yang mengalir (J)
A : luas permukaan (m\(^{2}\))
ΔT : perbedaan suhu dua permukaan (K)
H : Koefisien konveksi (J/m\(^{2}\).s.K)
t : lamanya kalor mengalir (s)
H : kelajuan hantaran kalor (J/s)

Pada kasus yang terjadi seperti pada soal, sisi luar dinding mendapatkan kalor dari sisi dalam dinding yang suhunya lebih besar dari suhu luar rumah (kalor mengalir di dalam dinding secara konduksi, dari sisi bagian dalam ke sisi bagian luar dinding). Setelah sisi bagian luar memiliki suhu sama dengan sisi bagian dalam selanjutnya terjadi aliran kalor antara dinding di sisi bagian luar dengan udara luar secara konveksi. Hal ini menyebabkan udara luar yang dekat dengan dinding lebih panas dari pada yang lebih jauh dan memicu aliran kalor secara konveksi pada udara di sisi luar dari dinding seperti aliran pada pemanasan air dalam panci. 

<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-77/ChapId-645/LessonId-1549/ModuleId-2/QuestionCode-21GUEYBINXO/6f.png" />

disoal diketahui:
A = p x l = 8 m x 4 m = 32 \(m^2\)
h = 3,5 W/\(m^2\).K
\(T_2=30^oC\)
\(T_1=20^oC\)
\(\triangle T=T_{2}-T_{1}\)
\(\triangle T=30-20\)
\(\triangle T=10^{o}C\)
catatan: suhu benda tidak perlu diubah ke satuan Kelvin karena perubahan suhu (\(\triangle T\)) dihitung dalam satuan celcius maupun kelvin hasilnya sama

Kita gunakan persamaan 1 untuk menghitung kecepatan/kelajuan aliran kalor secara konveksi:
\(\dfrac{Q}{t}=h.A.\triangle T\)
\(\dfrac{Q}{t}=3,5.32.10\)
\(\dfrac{Q}{t}=1120\) J/s

Pembahasan Identifikasi masalah dan solusi

Jadi banyaknya kalor yang hilang karena konveksi alami sebesar 1120 J/s
