Perpindahan Kalor

Pernahkah kamu menaruh sebongkah es ditelapak tanganmu? apa yang terjadi selama beberapa menit? bukankah telapak tanganmu akan terasa dingi dan bongkahan es akan mencair?
mengapa fenomena tersebut dapat terjadi? hal ini dikarenakan suhu telapak tanganmu lebih tinggi dibandingkan suhu bongkahan es, sehingga kalor berpindah dari telapak tanganmu ke bongkahan es tersebut. Proses ini berlangsung sampai telapak tanganmu dan es mencair (suhu keduanya sama atau seimbang). Jadi, dapat disimpulkan bahwa kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke suhu rendah.

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu: 

Konduksi. Perpindahan kalor dari bagian sendok yang terendam dalam air panas ke ujung sendok yang Anda pegang tanpa disertai perpindahan partikel disebut konduksi atau hantaran. Konduksi dapat terjadi pada zat padat, zat cair, dan zat gas.
Ada dua macam proses konduksi, yaitu konduksi logam dan konduksi non logam. 
Dalam zat non logam, partikel-partikel yang dipanaskan bergetar lebih cepat hingga energi kinetik patikel-partikel itu makin besar. Partikel-partikel ini kemudian memberikan sebagian energi kinetiknya ke partikel-partikel terdekatnya melalui tumbukan. Demikian seterusnya hingga kalor mencapai bagian ujung benda yang dingin (tidak dipanasi). Proses konduksi seperti ini berlangsung lambat karena untk memindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang tinggi di antara kedua ujung.  
Dalam zat logam, kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Di tempat yang dipanaskan, energi elektron-elektron bertambah besar. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, maka pertambahan energi ini dengan cepat diberikan ke elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat.

Zat yang mudah menghantarkan kalor disebut konduktor,contohnya logam. Zat yang sulit menghantarkan kalor disebut isolator, contohnya kayu dan plastik. 
Laju kalor konduksi. Laju perpindahan kalor secara konduksi Q/t (J s^-1 = W) adalah sebandingdengan luas permukaan A (m²), sebanding dengan beda suhu antara kedua ujung ∆T (K atau ^oC), dan berbanding terbalik dengan ketebalan dinding d (m). Secara matematis ditulis:

dimana ∆T = T₁ - T₂, dan k adalah konduktivitas termal suatu zat (W m^-1K^-1).

Konveksi. Ketika air pada bagian A (lihat Gambar 3) dipanasi, massa jenis air pada A menjadi lebih kecil, sehingga air bergerak naik ke atas. Tempatnya digantikan oleh air dingin pada bagian B yang memiliki massa jenis lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lainnya oleh pergerakan fluida itu sendiri akibat perbedaan massa jenis disebut konveksi atau aliran. Konveksi hanya terjadi pada zat yang mengalir (fluida), yaitu zat cair dan zat gas. 

Gambar 3. Konveksi dalam zat cair

Laju kalor konveksi. Laju perpindahan kalor secara konveksi, Q/t (J s^-1=W) adalah sebanding dengan luas permukaan A (m²) yang bersentuhan dengan fluida, dan beda suhu ∆T (K) antara benda dan fluida. Secara matematis ditulis:

dengan h adalah koefisien konveksi (W m^-2K^-1), yang diperoleh secara percobaan, misalnya tubuh manusia memiliki h = 7,1 Wm^-2 K^-1. 

Radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Karena kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik, maka radiasi tidak memerlukan medium. Dengan kata lain, radiasi kalor dapat melalui ruang hampa (vakum). Sebagai contoh, radiasi kalor dari Matahari melalui ruang hampa hingga sampai ke Bumi.  
 Makin baik suatu benda menyerap radiasi kalor, makin baik pula benda itu memancarkan radiasi kalor. Penyerap radiasi sempurna disebut benda hitam. Permukaan yang hitam kusam adalah penyerap dan pemancar radiasi kalor yang sangat baik, sedangkan permukaan putih mengkilat adalah penyerap dan pemancar kalor yang sangat buruk.

Laju kalor radiasi. Laju kalor radiasi Q/t (J s^-1=W), yang dipancarkan oleh suatu benda yang suhu mutlaknya lebih besar dari 0 K, adalah sebanding dengan luas permukaannya A (m²), dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya T⁴. Secara matematis ditulis: