Konduksi adalah proses dimana sesuatu, seperti panas atau arus listrik, berpindah dari satu zat ke zat lain. Konduksi terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Namun, padatan mentransfer energi paling efisien karena molekul dalam padatan terkemas paling rapat, dan molekulnya lebih dekat satu sama lain.
Konduksi panas terjadi ketika molekul meningkat suhunya; mereka bergetar, dan getaran serta gerakan ini meneruskan energi panas ke molekul di sekitarnya.
Ketika dua benda pada suhu yang berbeda disimpan dalam kontak, panas mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah . Energi kinetik rata-rata zat adalah ukuran suhu tubuh. Ketika energi kinetik rata-rata molekul suatu zat meningkat, suhunya meningkat, dan jika energi kinetik rata-rata molekul suatu zat turun, suhunya menurun.
Simpan wajan di atas api. Wajan segera menjadi panas, karena panas berpindah dari api ke wajan. Sekarang lepaskan panci dari api. Lambat laun panci akan mendingin karena panas berpindah dari panci ke sekelilingnya. Dalam kedua kasus, panas mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin.
Anda akan mengalami bahwa jika Anda menyentuh secangkir teh panas, tangan Anda akan merasakan panasnya cangkir itu. Alasannya adalah sebagian energi panas dipindahkan dari cangkir ke tangan Anda. Panas berpindah dari benda panas ke benda dingin jika ada kontak di antara keduanya. Dalam fisika, kita mengatakan bahwa perpindahan panas membutuhkan media. Konduksi termal adalah perpindahan panas dari satu benda ke benda lain yang memiliki suhu berbeda ketika mereka saling bersentuhan. Pada zat padat, umumnya panas dipindahkan melalui proses konduksi. Konduktivitas termal menggambarkan seberapa efisien suatu bahan dapat melewatkan panas melaluinya. Ini ditentukan oleh laju aliran energi per satuan luas jika dibandingkan dengan gradien suhu.
Hukum Fourier Tentang Konduksi Panas: Hukum Fourier menunjukkan bahwa energi panas berpindah dari bahan yang lebih hangat ke bahan yang lebih dingin. Hukum Fourier dapat ditulis sebagai
q = kAdT∕s
Dalam persamaan ini, q mengacu pada laju konduksi panas, A adalah luas perpindahan panas, k adalah konduktivitas termal material, dT adalah perbedaan suhu di seluruh material, dan s mengacu pada seberapa tebal material tersebut.
Contoh:
Konduksi listrik terjadi karena pergerakan partikel bermuatan listrik melalui media. Gerakan ini dapat menghasilkan arus listrik, yang dapat dibawa oleh elektron atau ion. Contoh konduksi listrik adalah ketika Anda secara tidak sengaja tersengat listrik saat menyentuh kabel hidup karena tubuh Anda mengandung air, yang merupakan penghantar listrik. Contoh lain adalah ketika listrik melewati kabel yang merupakan konduktor, sehingga kita dapat menonton TV atau menggunakan komputer.
Konduktivitas listrik adalah ukuran seberapa baik suatu bahan mengakomodasi pergerakan muatan listrik. Dalam padatan seperti logam, elektron terikat secara longgar pada atom karena elektron dapat dengan bebas berpindah dari atom ke atom dalam benda logam. Mobilitas elektron ini memungkinkan kita untuk melewatkan arus listrik melaluinya. Jika kita dapat dengan mudah mengalirkan arus listrik melalui benda, kita menyebutnya penghantar listrik yang baik. Bahan yang tidak memungkinkan listrik mengalir melalui mereka dikenal sebagai isolator. Konduktivitas semikonduktor adalah penengah antara isolator dan konduktor. Sebuah "vakum sempurna", tidak mengandung partikel bermuatan; vakum biasanya berperilaku sebagai isolator yang sangat baik.
Konduksi dalam logam dijelaskan dengan baik oleh Hukum Ohm , yang menyatakan bahwa arus sebanding dengan medan listrik yang diberikan. Kemudahan kerapatan arus (arus per area) j muncul dalam suatu material diukur dengan konduktivitas σ , didefinisikan sebagai:
j = σE,
E adalah medan listrik di lokasi tersebut dan σ adalah konduktivitas material, ukuran seberapa mudah muatan bergerak melewatinya.
Konduktivitas listrik atau resistivitas suatu material adalah sifat tetap yang tidak berubah sehubungan dengan ukuran atau bentuk material.
Pengisian dengan konduksi:
Benda dapat diisi dengan metode konduksi, yaitu melalui kontak. Dengan konduksi, tubuh memperoleh muatan yang sama seperti pada tubuh pengisi daya.
Eksperimen: Buat silinder kertas dengan menggulung secarik kertas di atas pensil, lalu tarik keluar pensil dengan hati-hati. Tangguhkan silinder kertas dengan seutas benang yang diikat ke tengahnya. Ambil batang kaca dan gosok dengan sutra sehingga memiliki muatan positif. Sentuh silinder kertas dengan batang kaca ini. Lepaskan batang kaca dan sekali lagi bawa batang kaca ke dekat silinder kertas.
Anda akan melihat bahwa silinder kertas ditolak oleh batang kaca, Ini berarti silinder kertas telah memperoleh muatan positif yang sama dengan muatan pada batang kaca karena konduksi.
Contoh:
Fotokonduktivitas terjadi ketika suatu bahan menyerap radiasi elektromagnetik, mengakibatkan perubahan konduktivitas listrik zat tersebut. Radiasi elektromagnetik dapat disebabkan oleh sesuatu yang sederhana seperti cahaya yang menyinari semikonduktor atau sesuatu yang rumit seperti bahan yang terpapar radiasi gamma. Ketika peristiwa elektromagnetik terjadi, jumlah elektron bebas meningkat, demikian pula jumlah lubang elektron, sehingga meningkatkan konduktivitas listrik objek. Semikonduktor kristal tertentu, seperti silikon, germanium, timbal sulfida, dan kadmium sulfida, dan selenium semimetal terkait, sangat fotokonduktif.
Contoh:
Objek apa pun yang mentransfer energi panas atau listrik, atau keduanya, secara efisien adalah konduktor. Bahan yang tidak memungkinkan panas dan listrik melewatinya adalah isolator.
| Bahan dengan konduksi termal yang baik | Bahan dengan konduksi listrik yang baik |
|
|
Logam umumnya memindahkan panas secara efisien dan merupakan konduktor panas yang baik. Kain dan kayu cenderung memberikan konduksi panas yang buruk. Secara umum, jika suatu zat merupakan penghantar energi panas yang baik, ia juga akan menjadi penghantar listrik yang baik. Ini tidak selalu benar; misalnya, mika adalah konduktor panas tetapi isolator listrik. Air asin adalah konduktor panas yang buruk tetapi konduktor listrik yang baik. Namun, secara umum, pengelompokan atom yang rapat dan pergerakan elektron yang relatif bebas yang membuat energi panas bergerak di dalam zat juga membuat energi listrik elektron bergerak.
Air murni, tanpa padatan terlarut, tidak konduktif secara elektrik. Arus listrik lebih mudah mengalir ketika air memiliki lebih banyak mineral terlarut di dalamnya. Udara, campuran gas, umumnya bukan penghantar panas atau listrik yang baik. Udara, seperti air, dianggap sebagai isolator. Namun ketika partikel di udara menerima muatan listrik yang kuat dari, katakanlah, listrik statis (dari medan listrik saat petir akan menyambar atau dari medan listrik saluran listrik), udara dapat menghantarkan listrik.
Air asin adalah konduktor panas yang buruk tetapi konduktor listrik yang baik: Air tawar menahan panas lebih lama daripada air asin karena penambahan garam menurunkan kapasitas panas larutan relatif terhadap air murni. Kapasitas panas yang lebih rendah berarti air asin memanas dan mendingin lebih cepat daripada air tawar dalam kondisi yang sama. Konduktivitas termal menurun dengan meningkatnya salinitas dan meningkat dengan meningkatnya suhu. Konduktivitas listrik air tergantung pada konsentrasi ion terlarut dalam larutan. Garam Natrium Klorida terdisosiasi menjadi ion. Karenanya air laut sekitar satu juta kali lebih konduktif daripada air tawar. |
