2. Perpindahan Kalor - Perpindahan Kalor secara Konveksi

Apabila kita membeli es krim dan tak segera memakannya, lama-kelamaan es krim tersebut akan mencair. Mengapa demikian? Hal tersebut sebab es krim menerima kalor dari udara sekitar, sehingga suhunya bertambah dan menyebabkan es krim mencair. Ketika kita memperhatikan kabel-kabel listrik di pinggir jalan tampak kendur.

Mengapa kabel listrik kendur pada siang hari? Bagaimana keadaan kabel listrik pada malam hari ? Mengendur dan menegangnya kabel listrik sebab adanya pemuaian. Semua hal itu berhubungan dengan kalor. Apakah kalor itu?

Kalor sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya buat memasak air, kita menggunakan kalor dari api, mengubah wujud es batu menjadi air dengan cara memanaskannya (memberi kalor). Namun, apakah nan dimaksud dengan kalor itu?

Istilah kalor pertama kali diperkenalkan oleh Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794), seorang pakar kimia berkebangsaan Perancis. Menurutnya, kalor merupakan semacam zat alir, yaitu zat nan mengalir dari suatu benda ke benda nan lain. Kalor akan mengalir dari benda nan suhunya lebih tinggi ke benda nan suhunya lebih rendah, jika kedua benda itu bercampur atau bersentuhan. Satuan kalor pada masa itu dinyatakan dalam satuan kalori. Satu kalori didefinisikan sebagai "Banyaknya kalor nan diperlukan buat memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik sebesar 1 derajat C".

Kalor berbeda dengan suhu, dimana suhu merupakan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu zat. Sementara itu, kalor merupakan banyaknya panas nan diterima atau dilepas oleh suatu zat. Secara umum, kalor didefinisikan sebagai energi nan diterima atau dilepas oleh suatu zat sehingga suhu zat tersebut naik atau turun atau bahkan berubah wujudnya.

Jika kita memperhatikan air nan akan dimasak, mula-mula airnya dingin (suhunya rendah). Setelah diberi energi kalor nan berasal dari barah kompor, suhu air meningkat sehingga air menjadi panas. Dalam peristiwa tersebut bisa dikatakan bahwa air menerima kalor sehingga suhunya naik. Sebaliknya, apabila suatu zat melepas kalor maka suhunya akan turun. Jumlah kalor nan diterima atau dilepas oleh suatu zat sebanding dengan massa zat, kalor jenis zat, dan kenaikan atau penurunan suhu zat tersebut. Secara matematis interaksi tersebut dirumuskan :

Q = m c ∆T

Dimana :

Q = banyaknya kalor nan diterima atau dilepas (J)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis zat (J/kg^oC)

∆T = T – To = kenaikan atau penurunan suhu zat (oC)

T o = suhu mula-mula zat (^oC)

T = suhu akhir zat (^oC)

Konstanta c pada rumus di atas merupakan kalor jenis zat. Kalor jenis yaitu banyaknya kalor nan diperlukan oleh 1 kg zat buat menaikkan suhunya sebesar 1^oC. Nilai c ini bergantung pada jenis zat.

Saat kita mencampurkan air panas dengan air dingin, hal nan terjadi pada campuran tersebut ialah bahwa air akan terasa hangat jika disentuh. Hal ini sebab air panas melepas kalor dan kalor tersebut diterima air dingin. Dengan kata lain, pada peristiwa tersebut terjadi perpindahan kalor dari air panas ke air dingin. Setelah keadaan seimbang, air tak panas dan tak dingin melainkan menjadi hangat. Artinya, kalor nan dilepas air panas sama dengan kalor nan diterima air dingin. Prinsip ini kemudian dikenal dengan azas Black yaitu :

Q lepas = Q terima

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menjumpai peristiwa perubahan wujud zat, misalnya es berubah menjadi air ketika dipanaskan atau air dididihkan menjadi uap air. Kalor menyebabkan terjadinya perubahan suhu, tetapi juga bisa mengubah wujud zat.

Perubahan wujud zat tak hanya terjadi sebab suatu zat menerima atau menyerap kalor, tetapi bisa juga terjadi sebab adanya divestasi kalor dari suatu zat. Macam-macam perubahan wujud zat dampak penyerapan dan divestasi kalor di antaranya :

Mencair merupakan perubahan wujud dari padat menjadi cair. Sebaliknya, membeku ialah perubahan wujud dari cair menjadi padat. Ketika mencair terjadi penyerapan kalor , sedangkan ketika membeku terjadi divestasi kalor. Suatu zat nan berwujud padat bisa diubah menjadi cair dengan cara memanaskan zat tersebut sampai titik leburnya.

Menguap ialah perubahan wujud dari zat cair menjadi gas, sebaliknya mengembun ialah perubahan wujud dari gas menjadi zat cair. Ketika menguap, zat menyerap kalor dan sebaliknya ketika mengembun zat melepaskan kalor.

Menyublim ialah perubahan wujud dari zat padat menjadi gas tanpa melalui fase cair atau sebaliknya dari gas menjadi zat padat. Pada saat zat padat menjadi gas diserap kalor, sebaliknya pada saat gas menjadi zat padat dilepaskan kalor. Contoh zat nan bisa menyublim ialah kapur barus, iodium, dan naftalin.

Kalor - Perpindahan Kalor

Secara alamiah kalor berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda nan bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor ada tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Konduksi atau hantaran ialah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Misalnya, kita memanaskan ujung sebatang logam di atas nyala api. Setelah beberapa lama, kita akan merasakan ujung nan kita pegang menjadi panas juga.

Hal itu menunjukkan bahwa kalor berpindah melalui batang logam itu dari bagian nan panas ke bagian nan lebih dingin, tetapi partikel-partikel dari logam tak ikut berpindah. Pada kenyataannya, terdapat benda-benda nan bisa menghantarkan kalor dengan baik dan ada juga nan buruk. Benda nan bisa menghantarkan kalor dengan baik disebut konduktor, contohnya tembaga, besi, aluminium, dan baja. Sedangkan benda nan sulit menghantarkan kalor disebut isolator, contohnya kaca, kayu, plastik, dan air.

Zat padat merupakan konduktor kalor nan lebih baik daripada cairan dan gas sebab pada zat padat jeda antar partikel lebih dekat daripada dalam cairan dan gas, sehingga kalor bisa lebih cepat dipindahkan. Dari sekian banyak jenis zat padat, konduktor nan paling baik ialah jenis logam sebab logam memiliki banyak elektron nan bisa bergerak bebas.

Peristiwa konveksi pada gas sama dengan konveksi pada zat cair. Konveksi pada gas, misalnya udara terjadi ketika udara panas naik dan udara nan lebih dingin turun. Konveksi atau genre ialah perpindahan kalor melalui zat disertai perpindahan partikel-partikel zat itu. Perpindahan kalor secara konveksi bisa terjadi dalam zat cair dan gas. Hal ini disebabkan oleh disparitas massa jenis zat.

1. Konveksi dalam zat cair

Air nan dipanaskan akan memuai, sehingga massa jenisnya berkurang. Oleh sebab massa jenis berkurang, maka air bergerak naik.

2. Konveksi pada kehidupan sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari, buat membuat rumah nan nyaman dan tak pengap, maka dibuat sistem jendela rumah supaya terjadi pergantian udara. Udara panas dalam rumah bisa bergerak ke luar melalui jendela dan digantikan oleh udara dingin nan masuk melalui ventilasi.

3. Pemanfaatan konveksi dalam kehidupan, yaitu:

1. Untuk sistem pendingin mobil
2. Pengering rambut
3. Cerobong asap
4. Lemari es

3. Perpindahan Kalor - Perpindahan Kalor secara Radiasi

Untuk mengeringkan baju basah sesudah dicuci, biasanya dilakukan dengan cara menjemurnya di bawah sinar matahari. Sandang bisa kering sebab sinar matahari menghasilkan kalor nan bisa menguapkan air nan berada dalam pakaian. Bagaimanakah energi kalor dari matahari bisa sampai ke bumi, padahal letaknya sangat jauh dari bumi dan di antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa?

Energi kalor dari matahari bisa sampai ke bumi sebab energi kalor dari matahari berbentuk gelombang elektromagnetik nan bisa melalui ruang hampa. Gelombang elektromagnetik nan dipancarkan matahari tersebut dikenal sebagai radiasi infra merah. Dengan demikian, kalor dari matahari bisa berpindah dengan cara radiasi.