Self healing polymers

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 
http://materimentor.blogspot.co.id/

Key Word : Polymer, Self Healing, Material, Microcapsule


1.   Ide Dasar Self-Healing

Ide dari self healing material timbul ketika manusia memperhatikan bagian tubuh dari makhluk hidup baik itu hewan ataupun tumbuhan. Pada makhluk hidup sel-sel yang terluka dapat menyembuhkan dan meregenerasi dirinya sendiri ketika terjadi kerusakan. Hal yang paling mendasar pada ide self healing polimer ini adalah mengacu pada kemampuan sel-sel makhluk hidup untuk menyembuhkan luka seperti akibat goresan yang dilakukan oleh sel trombosit pada manusia dan fungsi dari getah pada tumbuhan.

Gambar 1. Penyembuhan luka pada sel hewan

Material yang dapat meregenerasi dirinya sendiri akan memperpanjang umur penggunaan dari material tersebut. Kemampuan memperbaiki dan meregenerasi  diri sendiri akan mengakibatkan material mampu mengatasi kerusakan yang timbul pada dirinya sehingga material tersebut akan mampu digunakan dengan jangka waktu yang relatif lebih lama dibandingkan dengan material biasa yang tidak mampu menyembuhkan dirinya sendiri.

Self healing polymer dapat dibedakan berdasarkan healing agentnya yaitu material yang digunakan atau berfungsi sebagai agen yang sanggup meregenerasi polymer tersebut. Berdasarkan healing agent self healing polymer dibedakan menjadi dua jenis yaitu liquid phase healing agent dengan agen penyembuhnya berupa liquid yang biasanya adalah pelarut dan solid phase healing agent yang menjadi agen penyembuhnya dengan phasa solid.

2.  Liquid Phase Healing Agent

Model dari liquid phase healing agent adalah diinspirasi dari kemampuan penyembuhan sel pada hewan yang sanggup menyembuhkan diri dengan menggunakan trombosit yang berfasa cair.

Gambar 2. Skema penutupan luka pada sel hewan

Inspirasi penutupan luka dengan mengguanakan sel darah yang berupa cairan digunakanlah katalis sebagai matriks dari komposit pada polimer yang akan dijadikan self healing polimer. Penempatan matriks katalis ini diharapkan akan sanggup menutup luka pada polimer ketika terkena goresan  dengan mengasumsikan ketika polimer kesayat atau mengalami kerusakan, kerusakan ini akan memecah matriks katalis sehingga pelarut keluar dan menutupi kerusakan yang akan menyebabkan polimer di seitar tempat terjadi kerusakan akan bereaksi akibat inisiasi oleh katalis sehingga polimer akan sanggup menyembuhkan dirinya sendiri.

Gambar .Penyambuhan polimer PCs oleh katalis NaCO₃

Penempatan matriks katalis memeliki beberapa tipe diantaranya adalah :

a                     2.1 Microcapsule/ROMP Systems

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan microcapsul adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan kapsul-kapsul berukuran mikro yang kemudian ditempatkaan pada polimer sebagai matriks.

Gambar 3. Skema penyembukan pada microcapsul system

Sistem microkapsul ini sanggup memperbaiki polimer ketika terjadi kerusakan. Penyembuhan diri pada suhu kamar menghasilkan 45% penyembuhan pada 80◦ C meningkat pemulihan ke lebih dari 80 %. Sistem dengan microcapsul ini memiliki kelebihan yaitu dengan lebih mudahnya membuat microkapsul polimer dibandingkan sistem yang lainnya tetapi sistem ini juga memiliki kelemahan yaitu tingkat penyembuhan yang lebih kecil dibandingkan dengan sistem lainnya yang diakibatkan oleh microkapsul yang ukuran mikro dan tersebar di dalam polimer dengan mengandung jumlah katalis yang sedikit untuk setiap mikrokapsulnya sehingga ketika terjadi kerusakan katalis yang merupakan agen yang akan memperbaiki kerusakan tersebut berjumlah sedikit sehingga tingkat penyembuhannyapun lebih sedikit. Pada suhu yang relatif lebih tinggi kemempuan penyembuhannya meningkat karena  suhu membantu reaksi pembentukan ikatan polimer baru, tetapi pada suhu yang sangat tinggi malah akan merusak seluruh bagian polimer karena polimer yang umumnya menggunakan agent phase merupakan polier jenis termoplastik sehingga tidak memilikimketahanan panas yang tinggi.

                  2.1 Hollow tubes or fibers

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan hollow tube or fiber adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan tabung berukuran mikro yang ditempatkaan pada polimer sebagai matriks.

Gambar 4. Skema penyembukan pada hollow tube atau fiber system

Sistem hollow tube ini sanggup memperbaiki polimer ketika terjadi kerusakan. Penyembuhan diri pada suhu kamar menghasilkan 88%. Sistem dengan hollow tube ini memiliki kelebihan yang lebih baik dari sistem microcapsul, yang disebabkan oleh bentuk matriks penyimpan katalis berbentuk tabung sehingga jumlah katalis yang akan membantu polimer untuk menutupi kerusakan jauh lebih banyak datipada sistem microcapsul sehingga sanggup menyembuhkan kerusakan dengan lebih baik, serta matriks memiliki luas penampang yang lauh lebih besar daripada sistem microcpsul sehingga kemungkinan matriks akan ikut tersayat ketika terjadi kerusakan akan lebih besar dibandingkan dengan sistem micricapsul. Pada suhu yang relatif lebih tinggi kemempuan penyembuhannya meningkat karena  suhu membantu reaksi pembentukan ikatan polimer baru, tetapi pada suhu yang sangat tinggi malah akan merusak seluruh bagian polimer karena polimer yang umumnya menggunakan agent phase merupakan polier jenis termoplastik sehingga tidak memilikimketahanan panas yang tinggi.

                  2.3 Microvascular network

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan microvascular network adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan tabung berukuran mikro dengan sistem tabung yang saling berhubungan yang ditempatkaan pada polimer sebagai matriks, sistem ini meniru dari jaringan penyembuhan dari makhluk hidup.

Gambar 5. Skema penyembukan pada microvascular network system

Sistem microvascular network ini merupakan pengembangan dari sistem hollow tube sehingga memiliki tingkat penyembuhan yang sangat baik yang dikarenakan banyaknya kaalis yang akan membantu dalam memperbaiki kerusakan dengan jumlah yang banyak serta menambah luas permukaan matriks yang ditempatkan pada polimer sehingga meningkatkan kemungkinan ikut terpotongnya matriks berisi katalis ketika terjadi kerusakan. Dibalik kelebihannya yang sangat banyak sistem microvascular network ini memiliki kelemahan yaitu kesulitan untuk mensintesis bahan karena kesulitan dalam membuat matriks berbentuk tabung yang saling berhubungan satu sama lain.

    3  Solid Phasa Agent (Heat Active)

Solid phasa agent ini terinspirasi dari kemempuan tulang pada sel hewan yang mampu menyembuhkan dirinya sendiri. Sistem solid phasa agent ini menggunakan agen penyembuhan dalam phasa padat dan sering dikatakan sebagai heat active karena kemampuan penyembuhannya akan aktif ketika adanya pengaruh panas.

Penggunaan solid phasa ini memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan menggunnakan pasa liquid peningkatan stabilitas karena penghapusan fase cair sehingga ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi.

Sistem yang digunakan dalam solid phasa dapat dibedakan menjadi dua yaitu thermally remendable yang menggunakan ikatan lemah pada polimer sebagai agen penyembuhan dan campuran thermoplastic dan termoset yang memanfaatkan sifat thermoplastic yang kurang tahan terhadap panas  untuk menyembuhkan  kerusakan yang terjadi.

a.                    3.1 Thermally remendable

Sistem ini menggunakan ikatan lemah pada gues polimer yang ditempatkan pada host polimer sehingga ketika host polimer terpotong maka gues polimer yang akan terputus bukanlah host polimernya karena memiliki ikatan yang lebih lemah dan ketika terjadi peningkatan temperatur maka gues polimer tersebut akan bersambung lagi dengan gues polimer lain yang masih bebas.

Gambar 8. Skema penyembuhan sistem Thermally remendable

b.                         3.2 Campuran thermoplastic / termoset

Sistem dengan mencampurkan anatara thermoset dengan thermoplastik adalah dengan memanfaatkan sifat thermoplastik  yang tidak tahan panas untuk menyembuhkan kerusakan pada polimer. Polimer denga sitem pencampuran thermo plastik dan thermoset ini ketika mengalami kerusakan kemudian dipanaskan maka thermo plastik akan mengalami melting sehingga mengisi ruang kosong pada bagian kerusakan tersebut sehingga terisi dan ketika suhu kembali turun maka polimer akan mengeras kembali seperti semula.

   4. Aplikasi dari Self Healing Polymer

Penerapan dari self healing polimer sangat bermanfaat sekali diantaranya adalah sebagai pelapis satelit luar angkasa sehingga kerusakan kecil yang terjadi pada satelit akan sanggup diperbaiki oleh dirinya sendiri atau bahkan dapat dikembangkan ban kendaraan yang sanggup menyembuhkan dirinya sendiri sehingga ketika mengalami kebocoran akan sanggup menambal dirinya sendiri.

DAFTAR PUSTAKA

Akram, Muhammad N. 2011. Self-Healing Polymers as Smart Materials (A Theoretical Overview). Islamabad : Institute of Space Technology (IST).

R. P. Wool and K. M O’Connor, ‘‘Craze Healing in Polymer Glasses’’, Polym. Eng. Sci., 1981, 21, 970–977.

M. R. Kessler, N. R. Sottos and S. R. White, ‘‘Self-healing Structural Composite Materials, Composites, Part A: Appl. Sci. Manuf., 2003, 34(8), 743–753.

Read More

Prinsip Kerja Deterjen

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 

http://materimentor.blogspot.co.id/

Key Word : Deterjen, hidrofobik, Alkalis, Tegangan Permukaan

Deterjen dan sabun digunakan sebagai pembersih karena air murni tidak dapat menghapus atau menghilangkan kotoran pakaian/barang yang berminyak, atau terkena pengotor organik lainnya. Sabun membersihkan dengan bertindak sebagai emulsi. Pada dasarnya, sabun memungkinkan minyak dan air untuk bercampur sehingga kotoran berminyak dapat dihilangkan selama pencucian. Deterjen kemudian dikembangkan untuk mengatasi kekurangan lemak hewan dan sayuran yang digunakan untuk membuat sabun selama Perang Dunia I dan Perang Dunia II.

Deterjen adalah surfaktan, yang dapat dihasilkan dengan mudah dari petrokimia. Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air, pada dasarnya membuatnya lebih basah sehingga lebih mungkin untuk berinteraksi dengan minyak dan lemak. Deterjen modern mengandung lebih dari sekedar surfaktan. Produk pembersih juga mengandung enzim untuk mendegradasi protein berbasis noda, pemutih untuk penghilang warna noda dan menambah daya agen pembersih, dan pewarna biru untuk melawan penguningan.

Seperti sabun, deterjen memiliki rantai molekul hidrofobik atau rantai molekul yg tidak suka air dan komponen hidrofilik atau rantai molekul suka-air. Hidrokarbon hidrofobik yang ditolak oleh air, tapi ditarik oleh minyak dan lemak. Dengan kata lain berarti bahwa salah satu ujung molekul akan tertarik ke air, sementara sisi lain mengikat minyak. Air bersabun yang mengelilinginya (kotoran) memungkinkan sabun atau deterjen untuk menarik kotoran dari pakaian atau piring dan masuk ke dalam air bilasan untuk selanjutnya dapat dipisahkan.

Air hangat atau panas mencairkan lemak dan minyak sehingga lebih mudah bagi sabun atau deterjen untuk melarutkan kotoran dan menariknya ke dalam air bilasan. Deterjen mirip dengan sabun, tapi mereka cenderung kurang untuk membentuk buih dan tidak dipengaruhi oleh adanya mineral dalam air (air keras).

Deterjen modern dapat dibuat dari petrokimia atau oleokimia yang berasal dari tumbuhan dan hewan. Alkali dan agen pengoksidasi adalah juga bahan kimia yang ditemukan dalam deterjen.

Berikut adalah fungsi molekul ini:

Petrokimia / Oleokimia

Lemak dan minyak adalah rantai hidrokarbon yang tertarik dengan kotoran berminyak dan berminyak.

Pengoksidasi
Belerang trioksida, etilen oksida, dan asam sulfat adalah salah satu molekul yang digunakan untuk memproduksi komponen hidrofilik dari surfaktan. Pengoksidasi menyediakan sumber energi untuk reaksi kimia. Senyawa ini sangat reaktif dan juga bertindak sebagai pemutih.

Alkalis
Kalium hidroksida dan natrium hidroksida digunakan dalam deterjen dan juga digunakan dalam pembuatan sabun. Alkali-alkali itu bertindak menyediakan ion yang bermuatan positif untuk mempromosikan reaksi kimia.

Read More

Matlab code difusi partikel random walk

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 

http://materimentor.blogspot.co.id/

Key Word : Matlab Code, Random Wolk, Difusi, Partikel

Dibawah ini merupakan code matlab untuk simulasi difusi partikel dengan metode random wolk

Gambar hasil program

%program diffusi partikel dengan random walk untuk 1 sumber partikel
%berdasarkan metode montecarlo dengan persamaan difusi einstein
%pergerakan partikel hanya bergantung pada temperatur sistem dan
%konsentrasi partikel
%partikel dipantulkan ketika menumbuk dinding
clear
clc;

%% inisialisasi keadaaan partikel
p = 20;  %panjang sb-x
l = 20;  %lebar sb-y
T = 300;  %Temperatur (K)
n = 100;  %jumlah partikel
N = 100; %time step

h = sqrt ( T / n ); %koefisien difusi
p = p/2;
l = l/2;

%% inisialisasi posisi awal partikel
x = zeros(N,n);
y = zeros(N,n);


for i = 1 : N
%% keadaan partikel untuk setiap time step
    x(i+1,:) = x(i,:) + h * randn (1,n,1);  %mencari posisi x untuk time step berikutnya
    y(i+1,:) = y(i,:) + h * randn (1,n,1);  %mencari posisi y untuk time step berikutnya
 
    %pengkondisian pada syarat batas
    for j= 1 : n
        if x(i+1,j)<-p
            x(i+1,j) = p;      %partikel diteruskan ke bonderi kanan
        elseif x(i+1,j)>p
            x(i+1,j) = -p;     %partikel diteruskan ke bonderi kiri
        elseif y(i+1,j)<-l
            y(i+1,j) = y(i,j);  %partikel dipantulkan kembali dari bonderi
        elseif y(i+1,j)>l
            y(i+1,j) = y(i,j);  %partikel dipantulkan kembali dari bonderi
        else
            x(i+1,j) = x(i+1,j);    %keadaan pada bagian tengah
            y(i+1,j) = y(i+1,j);    %keadaan pada bagian tengah
        end
    end

%% menampilkan figur
plot(x(i,:),y(i,:),'b*');
axis([-p p -l l])
getframe;  
pause(0.1)
end

Read More

Menggapai Prestasi Akademik di Kuliah

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 

http://materimentor.blogspot.co.id/

Key Word : Mahasiswa, Prestasi, Kuliah, student exchange, IPK tinggi

Bismillahirahmanirohim

            Prestasi merupakan segala kebaikan yang kita gapai. Setiap orang pasti memiliki prestasinya dalam bidangnya masing-masing, yang paling penting dalam memaknai prestasi adalah menjadikannya sebagai jalan pendekat kita pada Alloh. Jangan sampai dengan menggapai sebuah prestasi menjadikan diri kita sombong yang menjauhkan kita dari Alloh, karena pada hakikatnya prestasi bukanlah buah dari diri kita sendiri saja, tetapi juga adanya kehendak Alloh yang menjadikannya sebagai cobaan bagi hambanya.

            Beberapa  hal yang dapat digapai dalam bidang akademik di perkuliahan adalah mendapatkan IPK yang tinggi, juara olimpiade science, menjadi mahasiswa berprestasi (mawapres), masuk pekan kreatifitas mahasiswa (PKM) dan menjadi student exchange ke luar negeri. Prestasi akademik dalam dunia perkuliahan dapat digapai dengan empat cara yaitu meluruskan niat karena Alloh, berdo’a sebanyak mungkin, berikhtiar sekuat tenaga dan bertawakal dalam urusan hasil.

            IPK tinggi dapat diraih dengan rajin belajar ataupun cerdas belajar. Dengan seringnya mengulang suatu ilmu, maka ilmu itu perlahan demi perlahan akan masuk kedalam ingatan, dan hal inilah yang menjadikan orang yang rajin belajar memiliki potensi besar untuk mendapatkan IPK yang tinggi, karena ilmunya sering diulang-ulang. Langkah lain dalam menggapai IPK tinggi adalah dengan cerdas belajar, cerdas belajar adalah bukan hanya mengandalkan intensitas mengulang pelajaran tetapi juga memiliki strategi dalam belajar.

Saya akan sedikit sharing tentang cara belajar yang menurut saya cukup efektif dan tanpa memerlukan waktu yang banyak untuk menggapai IPK yang tinggi. Setiap awal smester ketika kita memilih matakuliah maka kita lihat siapa dosennya dan kita kumpulkan soal-soal tahun-tahun sebelumnya yang pernah diberikan oleh dosen tersebut pada mahasiswanya. Ketika kita belajar di perkuliahan, maka kita fokuskan pada pembelajaran materi terkait soal-soal yang pernah muncul kemudian kita coba mengerjakan soal-soal itu sendiri. Insyaalloh soal ujuan yang akan keluar memiliki tipe yang hampir sama dengan soal-soal yang pernah keluar.

Mawapres dan olompiade science merupakan suatu ajang kompetisi dalam bidang akademik. Juara olimpiade science dapat diraih dengan cara sering berlating soal dalam bidang keilmuan masing-masing. Sedangkan menjadi mawapres selain memiliki kompetensi yang baik dalam bidang keilmuan juga harus memiliki kompetensi yang baik juga dalam bidang-bidang lain seperti organisi dan kemampuan yang lainnya. Bagi sahabat yang memiliki cita-cita menjadi mawapres, maka persiapkanlah keilmuannya, ikuti dan profesionallah dalam suatu organisasi, perdalamlah kemampuan berbahasa baik Indonesia dan asing, latihlah setiap soft skil yang kita miliki dan mulailah suatu penelitian yang memiliki potensi pemanfaatan yang besar bagi Indonesia.

Pekan kreatifitas mahasiswa merupakan ajang kompetisi dalam berbagai bidang seperti penelitian, wirausaha dan pengabdian kepada masyarakat. Menjadi peserta PKM memiliki benefit tersendiri diantaranya adalah ketika lolos PIMNAS, teman-teman PKM dapat jalan-jalan gratis serta dibekali dengan uang yang cukup besar dari pihak universitas. Yang perlu diasah untuk lolos PKM adalah kemampuan mencari ide yang unik dan pembuatan proposal yang rapih serta menarik.

Student exchange merupakan salah satu prestasi akademik yang patut diusahakan untuk digapai. Dengan menjadi peserta student exchange, selain dapat menimba ilmu di negara yang dikunjungi, sahabat juga dapat jalan-jalan di negara tersebut, melihat secara langsung kebudayaan mereka, tata kota serta segala sesuatunya dengan mata kepala sendiri. Langkah yang perlu dilakukan untuk mendapatkan student exchange adalah dengan mempersiapkan kemampuan bahasa, memperkuat bidang keilmuan masing-masing dan sering-sering mencari info mengenai student exchange karena hanya sedikit sekali info mengenai student exchange yang disampaikan dari pihak universitas.

Ketika sahabat telah berdo’a dan berusaha sekuat tenaga tetapi hasil tidak sesuai dengan harapan, maka sesungguhnya rencana Alloh-lah yang akan terjadi dan itu pasti yang terbaik bagi setiap pribadi kita. Alloh pasti menggantinya dengan sesuatu yang lebih baik, penulis inin sharing sebuah pengalaman, ketika SMA penulis mengikti ujian untuk student axchange ke negara singapura di sekolah, hasil tes adalah penulis menjadi peringkat 3 dari hasil ujiantersebut sedangkan siswa yang akan diberangkatkan adalah 2 orang, saat itu penulis cukup merasa kecewa, tetapi sahabat dibalik itu semua Alloh telah menyiapkan rencana terbaiknya beberapa minggu setelah itu ketika penulis menemui guru bahasa inggris tiba-tiba beliau mengatakan tolong segera membuat passport, daripada kita mengadakan ujuan lagi mending kamu saja yang berangkat untuk student exchange ke jepang. Sungguh rencacana Alloh sangat indah, ketika gagal pada ujian pertama ternyata Alloh menyiapkan sesuatu yang lain yang lebih baik bagi penulis.

Ketika kita telah menggapai suatu prestasi, janganlah kita menyombongkann diri dihadapan Alloh karena prestasi akademik itu merupakan karunia dan ujian dari Alloh. Apakah kita bersyukur ataukah kita akan kufur dan menyombongkan diri, sungguh prestasi akademik bukanlah hasil kemampuan kita tetapi merupakan karunia Alloh saja, kita tidak pernah tahu bagaimana cara kerja otak ini secara detail, Alloh-lah yang mengaturnya, kita tidak mampu menumbuhkan satu helai rambut pun tanpa izinnya, apalagi menciptaka otak dan kecerdasannya.

Sekian yang dapat saya sharingkan pada sahabat pembaca. Semoga menambah wawasan dan memiliki manfaat. Penulis meminta maaf atas kurangnya ilmu dan lebihnya kata-kata. Semoga Alloh senantiasa memberikan prestasi terbaik dihadapannya yaitu ridho-Nya.

            Assalamualaikum

Read More

Heat Transper pada bumi

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 

http://materimentor.blogspot.co.id/

1.1  Konsep Dasar Aliran Panas

Konduksi

Perpindahan panas dari partikel yang berenergi lebih besar menuju ke partikel dengan energi yang lebih kecil, sehubungan dengan hubungan antar partikel (perpindahan panas tanpa diikuti perpindahan zat perantaranya)

Contoh: perpindahan panas pada batang besi

Temperatur tinggi à energi molekul tinggi à

Terjadi transfer panas

q = k A DT / Dx

dimana:
q = laju perpindahan kalor
DT / Dx = gradien suhu ke arah perpindahan kalor
k =  konduktivitas atau kehantaran termal benda
A = luas permukaan

Konveksi

Perpindahan panas yang diikuti oleh zat perantaranya. Konveksi terbagi dua yaitu : konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut konveksi bebas. Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa. Keefektifan perpindahan kalor konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida.

Contoh: Konveksi bebas pada alat penukar panas (heat exchanger) dan aliran air pada radiator panas, konveksi pada saat merebus air, meniup teh yang panas dan pemanasan air yang disertai pengadukan merupakan konveksi paksa,

q = h A DT

dimana:
q =  laju perpindahan kalor
h = koefisien perpindahan kalor konveksi
A = Luas Permukaan
DT = Beda temperature

Radiasi

Radiasi panas adalah pancaran gelombang elektromagnetik dari permukaan atau gas yang beradiasi yang mempunyai temperatur tinggi Radiasi panas tidak membutuhkan media penghantar seperti halnya pada konduksi atau konveksi panas. Media yang berada antara sumber radiasi panas dengan penerima panas menurunkan intensitas radiasi panas karena adanya penyerapan radiasi panas oleh media itu. Perpindahan panas radiasi terjadi dari sumber panas pada temperatur tinggi ke penerima panas dengan temperatur yang lebih rendah yang dibatasi oleh ruang yang transparan

Contoh: radiasi panas dari api unggun, pemanasan bumi oleh sinar matahari

q = e A s (T_s⁴ - T_sur⁴)
q = laju perpindahan kalor
e = emisivitas termal
A = luas permukaan
s = Konstanta Steven-Boltzman
(T_s⁴ - T_sur⁴) = Beda temperatur

1.2  Hukum Fourier Mengenai Konduksi

Hukum Fourier menyatakan bahwa laju perpindahan kalor dengan sistem konduksi dinyatakan dengan :

• Gradien temperatur dalam arah-x dinyatakan dengan, dT/ dx.
• Luas perpindahan kalor arah normal pada arah aliran kalor, A.

Rumus hukum Fourier:

Dimana:

Qx  = laju perpindahan kalor ( Watt ),

k     = konduktivitas thermal, merupakan sifat material (W/m.C),

A     = luas penampang yang tegak lurus denga arah laju perpindahan kalor (m2)

dT/dx = Gradien temperatur dalam arah x (C/m),

Alasan pemberian tanda minus (-) pada rumus konduksi hukum Fourier, seperti diilustrasikan sebagai berikut :

·         Jika temperatur menurun pada arah-x positif, dT/dx adalah negatif ; kemudian Q_x menjadi nilai positif dikarenakan kehadiran dari tanda negatif, sehingga laju kalor berada pada arah-x positif.

·         Jika temperatur meningkat pada arah-x positif, dT/dx adalah positif, Q_x berubah menjadi negatif, dan aliran kalor berada pada arah-x adalah negatif, sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut. Q_x merupakan nilai positif, aliran kalor berada pada arah-x positif, dan sebaliknya.

1.3  Aliran Panas Pada Bumi

Pada dasarnya sistim panas bumi terbentuk sebagai hasil perpindahan panas dari suatu  sumber  panas  ke  sekelilingnya. Perpindahan panas secara konduksi terjadi melalui batuan,  sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya kontak antara air dengan suatu sumber panas.

Perpindahan panas secara konveksi pada dasarnya terjadi karena gaya apung (bouyancy). Sedangkan radiasi, sebagian besar panas bumi diperoleh dari sumber yang berasal dari luar (yaitu matahari).

Nilai dari aliran panas oleh konduksi silang di lapisan tipis bergantung dengan

•      Perbedaan suhu antar lapisan (∆T)

•      Tebal lapisan (∆z)

•      Yang mana perpindahan panas berlangsung (yang ditentukan dengan konduktivitas termal k).

Teori konduksi panas memungkinkan kita untuk menentukan distribusi temperatur di suatu wilayah tertentu, informasi tentang suhu atau fluks panas pada batas-batas wilayah dan sumber-sumber produksi panas pada suatu daerah. Secara umum, kita juga bisa menggunakan teori untuk menentukan variasi waktu dalam distribusi temperatur. Pertama kali kita membahas teori untuk kasus yang sederhana di mana panas yang ditransfer dalam satu arah saja dan tidak ada variasi waktu (steady state) dalam suhu atau aliran panas. dasar persamaan teori perpindahan panas konduktif adalah pernyataan matematis konservasi energi; persamaan dapat diturunkan sebagai berikut.

Tinjau ketebalan lempengan yang sangat kecil yitu δy, Fluks panas keluar dari q slab (y + δy) melintasi permukaan slab yang terletak pada y + δy, dan fluks panas q (y) melintasi permukaan yang terletak di y. Aliran panas dari slab per satuan waktu dan per satuan luas dari

permukaan slab, merupakan

Karena δy adalah sangat kecil, kita dapat mempresentasikan q (y + δy) dalam deret Taylor sebagai

Sehingga diperoleh :

Jika H adalah tingkat produksi panas per satuan massa, jumlah panas yang dihasilkan dalam lempengan per satuan waktu dan per satuan luas permukaan slab adalah

di mana ρ adalah densitas slab

Persamaan ini dapat diintegrasikan untuk menentukan temperatur sebagai fungsi dari posisi y sekali daerah bunga dan kondisi batas yang sesuai telah ditetapkan. Sehingga kita dapat mengetahui skema aliran panas pada permukaan bumi.

Daftar Pustaka

Gerald Schubert dan Donald L. T, Geodynamics, Cambriddge.

Harjumi dkk, 2012, Geodinamika, www.slideshare.net/harjumi/geodinamika‎

Etty Herfiyana Susanti, Struktur lapisan bumi, ml.scribd.com/doc/ 129850394/geofisika-bumi-doc‎. Diakses pada 23 April 2014 jam 13.43

Read More