Perpindahan Panas Konduksi

Energi yang diberikan oleh partikel konstituen seperti atom, molekul atau elektron bebas dari daerah yang lebih panas pada suatu benda ke daerah yang lebih dingin disebut Panas. Konduksi adalah suatu jenis perpindahan panas dimana perpindahan energi terjadi pada benda padat atau pada fluida yang diam (tidak ada perpindahan konveksi yang berasal dari perpindahan porsi makroskopik pada medium) dari daerah bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah.

Laju aliran panas tidak dapat diukur secara langsung, tetapi konsepnya mempunyai arti fisik karena berhubungan dengan kuantitas skalar yang dapat diukur yaitu Temperatur. Distribusi temperatur T(r,t) pada benda merupakan fungsi dari posisi dan waktu, sehingga laju aliran panas pada benda akan dapat dihitung berdasarkan hokum yang menghubungkan laju aliran panas dengan gradient temperatur.

FLUKS PANAS (HEAT FLUX)
Hukum dasar yang memberikan hubungan antara laju aliran panas dengan gradient temperatur, berdasarkan observasi eksperimen, yang secara umum dinamakan setelah ahli Matematika dan Fisika dari Perancis Joseph Fourier yang menggunakannya dalam teori analisanya tentang panas. Untuk material homogen, solid isotropic (contohnya: material yang konduktivitas termalnya tidak bergantung pada arah. Hukum Fourier diberikan dalam bentuk

dimana gradient temperatur adalah normal vektor ke permukaan isothermal, vektor flux panas q(r,t) menggambarkan laju aliran panas per satuian waktu, per satuan luas dari permukaan isothermal pada arah yang mengalami penurunan temperatur, dan k adalah konduktiviats termal dari material yang positif secara kuantitas skalarnya. Jika vektor flux panas q(r,t) berada pada arah yang temperaturnya menurun, tanda minus pada persamaan (1-1) membuat laju aliran panas bernilai positif. Jika flux panas dalam W/m2 dan gradient temperatur adalah C/m, konduktivitas termal bersatuan W/m C.

Sehingga jelas bahwa laju aliran panas untuk gradient temperatur yang diberikan secara langsung proporsional terhadap konduktivitas termal dari material. Sehingga dalam analisa perpindahan panas konduksi, konduktifitas termal dari material adalah sifat yang sangat penting, yang mengontrol laju aliran panas dalam suatu medium. Ada perbedaan yang besar antara konduktivitas termal dari berbagai material. Nilai tertinggi adalah pada metal murni dan nilai terendah pada gas dan uap, sedangkan material yang diisolasi dan cairan inorganik mempunyai konduktivitas termal yang berada di pertengahan. Beberapa contoh nilai k :

Metals 50 to 415 W/m C
Alloys 12 to 120 W/m C
Nonmetallic liquids 0.17 to 0.7 W/m C
Insulating Material 0.003 to 0.17 W/m C
Gases at atmospheric pressure 0,007 to 0,17 W/m C
Konduktivitas termal juga bervariasi terhadap temperatur. Untuk sebagian besar metal murni nilai k menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Sedangkan pada gas dan material yang terisolasi, nilai k meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur. Namun, konduktivitas termal bervariasi sangat cepat terhadap temperatur .