PERPINDAHAN KALOR

       Perpindahan kalor merupakan sifat dasar alam persekitaran, yaitu Hukum Termodinamika. Hukum ini menyatakan bahawa apabila terdapat suatu kawasan dengan kandungan kalor yang tinggi, seperti suhu yang tinggi, dan satu lagi kawasan dengan kandungan suhu yang rendah, akan terdapat kecenderungan serta merta untuk kalor berpindah daripada kawasan yang tinggi kepada kawasan yang rendah. Suhu adalah merupakan tanda hadirnya kalor dalam sebuah benda.

Prinsip Termodinamika
Termodinamika adalah ilmu yang berkaitan dengan aliran kalor yang hubungannya dengan kerja mekanik.

• Hukum pertama Termodinamika:

Adalah merupakan prinsip kekekalan energi. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya diubah dari satu bentuk kebentuk lainnya.

• Hukum kedua Termodinamika:

Perpindahan kalor atau energi dapat terjadi secara spontan hanya dalam satu arah, dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin.

         Dari zona suhu yang lebih tinggi kalor dapat mengalir menuju zona yang bersuhu yang lebih rendah dengan 3 cara :
1) Konduksi
      Konduksi termal adalah perpindahan kalor melalui satu benda tanpa mengubah kedudukan molekul benda itu sendiri. Perpindahan kalor secara konduksi berlaku apabila terdapat perbedaan suhu di antara dua titik. Dengan demikian konduksi berlaku pada objek yang lebih panas ke benda yang lebih dingin, daripada objek yang sama atau daripada objek yang lebih panas kepada yang lebih dingin melalui sentuhan fisik. Proses ini terutama berlaku pada benda pejal, tetapi juga berlaku pada benda cair dan gas. 

        Benda padat, cair, dan gas dapat mengalirkan kalor. Benda-benda ini ada yang mengalirkan kalor lebih cepat ada pula yang lebih lambat. Hal ini bergantung kepada kekuatan benda tersebut untuk mengalirkan kalor. Bahan-bahan yang tidak mengalirkan kalor, biasanya merupakan pengalir elektrik yang buruk. Bahan-bahan bukan logam yang berlubang mengandungi udara dalam strukturnya dan mempunyai aliran termal yang lebih rendah berbanding dengan benda tidak berliang seperti cermin. Kadar perpindahan kalor secara konduksi bergantung kepada perbedaan suhu di antara kedua permukaan, aliran termal dan dalam keadaan tertentu, muatan termal benda tersebut. 

          Konduksi termal adalah perpindahan energi kalor dari bagian yang lebih panas kebagian yang lebih dingin pada suatu benda yang sama atau dari yang lebih panas ke yang lebih dingin dalam bentuk kontak fisik satu sama lain tanpa perpindahan partikel dari benda-benda tersebut. Konduksi melibatkan molekul dan atau elektron yang hanya bergerak dalam jarak yang kecil dan bertumbukan (Giancoli, 2001: 504). Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari, yaitu ketika kita memanaskan batang besi, pada awalnya ujung yang kita pegang belum terasa panas, namun lama kelamaan ujung yang kita pegang pun akan terasa panas, sebab kalor/ panas tersebut berpindah dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. 

           Kadar perpindahan kalor tergantung pada hal-hal berikut:

1. Luas potongan melintang( A) tegak lurus terhadap aliran kalor. Satuan m2.
2. Ketebalan benda (b) yaitu panjang aliran kalor, satuan m.
3. Konduktifitas (K), yaitu ukuran kadar aliran kalor melalui satuan luasan dan satuan ketebalan bahan tersebut dengan unit temperatur diantara 2 titik, satuan w m/m2derajat sel.

2) Konveksi
          Konveksi adalah proses dimana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul dari satu tempet ke tempat yang lain. Konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam jarak yang besar (Giancoli, 2001: 504). Konveksi dapat dimaksudkan sebagai perpindahan kalor melalui zat cair atau gas. Konveksi merupakan suatu mekanisme di mana energi kalor dipindahkan oleh gabungan satu bagian benda alir, yaitu gas atau cair, dengan yang lain. Oleh sebab itu, konveksi senantiasa melibatkan gerakan atau aliran bahan. Konveksi oleh udara tidak boleh berlaku tanpa kehadiran pergerakan udara, tetapi pergerakan udara dapat berlaku tanpa perpindahan kalor. Perpindahan kalor secara konveksi berlaku pada permukaan dinding, ataupun benda alir mengalir di luar batas benda pejal pada suhu yang berbeda. 

         Sebagian besar konveksi ditentukan oleh perbedaan suhu antara permukaan dengan udara, kasar atau tidaknya permukaan, gerakan udara ke atas permukaan dan orientasi permukaan. Daya aliran konveksi merupakan kuantitias yang sentiasa berubah. Kalor dihantarkan melalui ruang udara secara konveksi dan radiasi. Apabila ruang diberi pengalih udara secara bebas, maka terdapat pengurangan perpindahan kalor karena kalor dipindahkan melalui udara luar. Udara yang berada di dalam rongga ini dikeluarkan dan digantikan oleh udara tenang (still air) daripada luar. Bagi pengalihudaraan yang cukup, mudah diperolehi dalam ruang loteng yang besar dengan bukaan pengalihudaraan yang besar. Suhu udara di dalam rongga ini akan tetap atau hampir kepada suhu udara luar (Baker, 1987). Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari, yaitu ketika kita merebus air dengan panci, akan terlihat aliran konveksi dari bawah ke atas ketika air yang akan mulai mendidih. Perpindahan kalor dari satu permukaan sebuah benda padat ke sebuah benda cair, yaitu cairan atau gas sebaliknya.

         Konveksi tergantung kepada:

1. Luas daerah kontak antara benda dan zat cair (m2).
2. Perbedaan tempertur antara benda dan zat cair.
3. Koefisien konveksi (hc), dalam w/m2derajat cel, tergantung pada kekentalan (viscousitas) dan kecepatan zat cair dan juga konfigurasi dari zat cair/alir tsb.

       Dalam arti yang luas ”konveksi” meliputi perpindahan kalor melalui fluida dari satu permukaan benda padat ke permukaan lainnya.

3) Radiasi
      Radiasi adalah perpindahan kalor dari daerah yang lebih panas ke yang lebih dingin tanpa medium apapun (Giancoli, 2001: 504). Perpindahan kalor radiasi adalah pertukaran energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnet antara dua atau lebih objek pada suhu berbeda, yang dipisahkan oleh ruang atau perantara sinar atau tidak menyerap gelombang kalor. Sifat dari gelombang elektromagnetik adalah ruang atau medium tempat dilaluinya gelombang tersebut tidak menjadi panas.Radiasi tidak dipengaruhi oleh pengalihudaraan meskipun suhu udara boleh dikurangkan sedikit kerana pengalihudaraan. Sebagai contohnya dalm kehidupan sehari-hari, yaitu ketika kita merasakan hangatnya sinar matahari pada pagi hari. Sinar tersebut terpancar ke bumi tanpa melalui perantara, akan tetapi pada akhirnya kita bisa merasakan hangatnya sinar tersebut.

        Kalor radiasi mengacu kepada gelombang inframerah dari spektrum radiasi elektromagnetik, yaitu:

1. inframerah pendek, 700-2300 nm (0,7 micrometer)
2. inframerah panjang, 2,3-100 micrometer

      Radiasi tergantung pada emivisitas. Emivisitas adalah bilangan antara 0 sampai 1 yang merupakan karakterisktik materi. Permukaan yang sangat hitam mempunyai emivisitas yang mendekati 1, sementara permukaan yang mengkilat mempunyai e yang mendekati nol dan demikian memancarkan radiasi yang lebih kecil (Giancoli, 2001: 507). Intensitas radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda tergantung kepada sifat dan suhu benda tersebut.

Ingin lebih tahu mengenai peristiwa perpindahan kalor, baik radiasi, konduksi maupun konveksi? Perhatikan video ini :

 Sumber : http://www.youtube.com/watch?v=Bbra1CuhleU

Sumber Buku :
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Daniel, T. W., J. A. Helms, dan F. S. Baker. 1987. Prinsip-prinsip Silvikultur. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Untuk mengasah pengetahuan kalian tentang Perpindahan Kalor melalui uji soal, kalian dapat mengklik link berikut ini : http://anomalika.blogspot.com/2014/04/latihan-soal-4-perpindahan-kalor.html