Perhatikan kondisi pada Soal 1.15. Namun, kini pelat tersebut berada dalam ruang hampa dengan suhu lingkungan sebesar $298,15 \text{ K}$. Berapakah emisivitas pelat tersebut? Berapakah laju radiasi yang dipancarkan oleh permukaannya?
Untuk memahaminya, Anda bisa mengunjungi artikel ini.
- Massa pelat ($m$): $4,25 \text{ kg}$
- Kalor jenis ($c_p$): $2770 \text{ J/(kg} \cdot \text{K)}$
- Dimensi pelat ($L$): $0,4 \text{ m} \times 0,4 \text{ m}$
- Suhu udara lingkungan ($T_s$): $298,15 \text{ K}$
- Suhu pelat saat diamati ($T_{sur}$): $518,15 \text{ K}$
- Laju perubahan suhu terhadap waktu $\left(\frac{dT}{dt}\right)$: $-0,028 \text{ K/s}$
- Konstanta Stefan-Boltzmann ($\sigma$): $5,67 \times 10^{-8} \text{ W/m}^2 \cdot \text{K}^4$
Perhitungan Luas Permukaan
Kita hitung luas permukaan untuk satu pelat
$$A_{1,pelat} = p \times l$$
$$A_{1,pelat} = 0,4 \times 0,4$$
$$A_{1,pelat} = 0,16 \text{ m}^2$$
Kita hitung luas permukaan untuk dua pelat
$$A_{2,pelat} = 2 \times A_{1,pelat}$$
$$A_{2,pelat} = 2 \times 0,16$$
$$A_{2,pelat} = 0,32 \text{ m}^2$$
Perhitungan Laju Kehilangan Energi
Besarnya laju pelepasan energi internal dari pelat karena penurunan suhu adalah:
$$q_{rad,neto} = -m \cdot c_p \cdot \frac{dT}{dt}$$
$$q_{rad,neto} = -4,25 \cdot 2770 \cdot -0,028$$
$$q_{rad,neto} = 329,63 \text{ W}$$
Perhitungan Emisivitas Pelat
Untuk mencari emisivitas pelat, kita bisa menggunakan hukum Stefan-Boltzmann
$$q_{rad,neto} = \varepsilon \cdot \sigma \cdot A \cdot (T_s^4 – T_{sur}^4)$$
$$329,63 = \varepsilon \cdot 5,67 \times 10^{-8} \cdot 0,32 \cdot ((518,15)^4 – (298,15)^4)$$
$$329,63 = \varepsilon \cdot 1,814 \times 10^{-8} \cdot ((5,181 \times 10^2)^4 – (2,981 \times 10^2)^4)$$
$$329,63 = \varepsilon \cdot 1,814 \times 10^{-8} \cdot (720,533 \times 10^8 – 78,967 \times 10^8)$$
$$329,63 = \varepsilon \cdot 1,814 \times 10^{-8} \cdot 641,566 \times 10^8$$
$$329,63 = \varepsilon 1163,800$$
$$\varepsilon = \frac{329,63}{1163,800}$$
$$\mathbf{\varepsilon = 0,283}$$
Perhitungan Perpindahan Kalor Radiasi
Laju radiasi yang dipancarkan (Emitted Radiation) merupakan total energi radiasi murni yang dilepaskan oleh permukaan pelat berdasarkan suhunya sendiri, tanpa memperhitungkan radiasi yang diserap dari lingkungan:
$$q_{\text{pancar}} = \varepsilon \cdot \sigma \cdot A \cdot T^4$$
$$q_{\text{pancar}} = 0,283 \cdot 5,67 \times 10^{-8} \cdot 0,32 \cdot (298,15)^4$$
$$q_{\text{pancar}} = 0,283 \cdot 5,67 \times 10^{-8} \cdot 0,32 \cdot (2,981 \times 10^2)^4$$
$$q_{\text{pancar}} = 0,513475 \times 10^{-8} \cdot 720,533 \times 10^8$$
$$\mathbf{q_{\text{pancar}} = 369,975 \text{ W}}$$
