Perpindahan Kalor

Kalor adalah energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Proses perpindahan kalor dapat terjadi dengan tiga cara utama: konduksi (hantaran), konveksi (aliran), dan radiasi (pancaran).

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel zat secara nyata. Contoh sederhana adalah ketika salah satu ujung batang logam dipanaskan, maka ujung lain lambat laun juga terasa panas.

Hal ini terjadi karena atom-atom logam yang dipanaskan mulai bergetar, lalu getaran ini diteruskan ke atom-atom di sekitarnya. Selain itu, dalam logam terdapat elektron bebas yang bergerak cepat membawa energi ke seluruh bagian logam.

Secara eksperimen, laju aliran kalor pada konduksi dipengaruhi oleh:

luas permukaan penghantar,

perbedaan suhu kedua ujung,

panjang penghantar, dan

jenis material (koefisien konduktivitas termal).

dengan:

Q = kalor yang mengalir (J atau kal),

t = waktu (s),

H = laju aliran kalor (J/s atau kal/s),

k = koefisien konduktivitas termal (W/m°C atau kal/cm·s·°C),

A = luas permukaan penghantar (m² atau cm²),

Bahan dengan nilai k tinggi disebut konduktor (misalnya logam), sedangkan bahan dengan nilai k kecil disebut isolator(misalnya kayu, gabus, plastik).

Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel zat perantara. Peristiwa ini umum terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Misalnya, ketika air dalam panci dipanaskan, air yang berada dekat dasar panci akan naik karena lebih panas dan ringan, sementara air yang lebih dingin turun menggantikannya.

Besar kalor yang mengalir tiap satuan waktu secara konveksi dirumuskan dengan:

dengan keterangan:

H = laju aliran kalor (J/s atau kal/s),

h = koefisien konveksi termal (J/s·m²·°C atau kal/s·cm²·°C),

A = luas penampang perpindahan kalor (m² atau cm²),

Konveksi dibedakan menjadi:

Konveksi Alami, terjadi karena perbedaan massa jenis akibat perbedaan suhu (contoh: cerobong asap, angin laut).

Konveksi Paksa, terjadi karena adanya alat atau usaha khusus yang menggerakkan zat alir (contoh: kipas angin, pompa air, mesin pendingin).

Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan medium perantara. Energi radiasi dapat merambat di ruang hampa, contohnya adalah panas Matahari yang sampai ke Bumi.

Setiap benda yang bersuhu di atas 0 Kelvin memancarkan energi radiasi. Benda hitam kusam menyerap dan memancarkan energi lebih baik daripada benda mengkilap atau putih.

Persamaan daya radiasi benda hitam diberikan oleh hukum Stefan–Boltzmann:

dengan:

P = daya radiasi (W atau J/s),

e = emisivitas permukaan (0 ≤ e ≤ 1),

A = luas permukaan (m²),

T = suhu mutlak benda (K).

dengan:

W = intensitas radiasi (W/m²),

Contoh peristiwa radiasi dalam kehidupan sehari-hari adalah panas matahari yang terasa di kulit, serta proses menjemur pakaian di bawah sinar matahari.