Kalor Sebagai Perpindahan Energi

Kalor (heat) secara spontan mengalir dari objek yang bertemperatur lebih tinggi ke temperature lebih rendah. Kalor didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan temperature. Dalam satuan internasional, sebagaimana dengan energy lain, satuannya adalah Joule. Dalam satuan lain, Kalor dapat dinyatakan dalam kalori. 1 kalori merupakan besarnya energy yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature 1 gram air sebanyak 1^oC . 1 kalori sama dengan 4.186 Joule. 

Jumlah total dari seluruh energy dari semua molekul yang ada pada sebuah objek dinamakan energy dalam (internal energy). Temperatur (dalam satuan Kelvin), adalah sebuah ukuran dari energy kinetic rata-rata dari molekul individu. Karena perbedaan temperature maka energy kinetic dari molekul pun berbeda. Pada akhirnya energy dalam bentuk Kalor berpindah dari objek yang bertemperatur tinggi (energi kinetic tinggi) ke temperatur rendah (energi kinetic rendah). Perlu di perhatikan bahwa arah perpindahan Kalor tergantung dari perbedaan temperatur, buka perbedaan energy dalam. 

Temperatur

Temperatur merupakan sifat kuantitatif dari Kalor atau dinginnya suatu benda. Temperatur dapat dinyatakan dengan satuan Kelvin, Celisius, Farhenheit, Reamur, dan lain-lain. Hubungan anatata satuan-satua tersebut adalah

[°F] = [°C] × 9⁄5 + 32

[°Ré] = [°C] × 4⁄5

[K] = [°C] + 273.15

Kalor Jenis (Specific Heat)

Ketika suatu obek dipanaskan, maka temperatur objek tersebut meningkat. Kalor jenis (specific heat) adalah salah sifat yang dimiliki setiap bahan. Secara definisi, Kalor jenis adalah jumlah banyaknya energy untuk menaikan temperatur suatu benda setiap satuan massanya. Secara matematis disederhanakan menjadi c=Q/m∆T.

Kalor Laten dan Kalor Sensibel

Suatu objek yang menerima energy Kalor, temperaturnya menjadi naik. Namun adakalanya temperaturnya tetap. Sebagai contoh, pada saat memanaskan air, setelah mencapai 100 ^oC, temperaturnya tetap terjaga di titik terebut. Pada saat itu terjadi perubahan fasa dari cair ke gas (uap). Hal ini terjadi karena energy Kalor yang diterima oleh air digunakan untuk merubah fasa. Energi ini dinamakan kalor laten. Sedangkan pada saat memanaskan air dari temperatur ruangan misalnya, temperatur akan dapat dengan mudah terdeteksi kenaikannya dengan menggunakan thermometer, Ini yang dinamakan dengan kalor sensible.

Kalor Jenis

Kalor jenis merupakan sifat dari suatu bahan/objek yang menunjukkan seberapa banyak energy yang dibutuhkan atau dibuang oleh objek tersebut untuk menaikkan atau menurunkan temperaturnya. Kalor jenis memiliki satuan J/kgK. Energi yang dibutuhkan untuk menaikan atau menurunkan temperatur suatu benda dapat dtuliskan

Azas Black menyatakan Jika ada 2 buah bahan/benda dimana terjadi pelepasan dan penerimaan kalor, maka besarnya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diterima

Perpindahan Kalor

Sampai saat ini telah disepakati bahwa ada tiga macam metode perpindahan Kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Konduksi

Pada saat suatu batang logam panjang dipanaskan di salah satu ujungnya sehingga temperaturnya menjadi naik, maka Kalor akan menjalar dari ujung tersebut ke ujung yang lain. Perpindahan Kalor seperti ini yang dinamakan dengan konduksi. Pada konduksi dbutuhan medium perpindahan kalor dan tidak terjadi perpindahan molekul, yang terjadi hanya perpindahan energy kalor. Perpindahan kalor secara konduksi dapat ditulis secara matematis, yaitu:

q=kA(T1-T2)/l

Dimana k adalah konduktifitas termal, A dalah Luas permukaan, T adalah temperatur, l adalah tebal benda, dan q adalah energy tiap satuan waktu.

Konveksi

Pada saat memanaskan air yang tadinya bersuhu ruangan di sebuah panci, maka yang terjadi adalah temperatur air yang ada di dekat permukaan panci menjadi lebih tinggi. Secara alami terjadi bahwa molekul yang memiliki temperatur lebih tinggi, maka kerapatannya menjadi lebih rendah. Ini artinya molekul yang berada di dekat permukaan panci menjadi lebih ringan. Akhirnya molekul air yang ringan ini bergerak ke atas, kemudian posisi dari molekul tersebut digantikan dengan molekul yang lebih dingin. Molekul yang lebih dingin ini pun akhirnya menjadi lebih Kalor karena dekat dengan permukaan panci, akhirnya molekul ini juga naik. Begitu seterusnya. Perpindahan Kalor semacam ini dinamakan konveksi. Konveksi melibatkan perpindahan molekul dan membutuhkan medium. Secara matetmatis konveksi dituliskan 

q=hA(T1-T2)

Dimana h adalah koefisien konveksi dan q adalah enrgy Kalor yang dipindahakan setiap satuan waktu. 

Radiasi

Bumi menerima sinar dan Kalor dari matahati. Diantara bumi dan matahari sebagian besar adalah ruang kosong (hampa), tidak ada medium perpindahan Kalor. Oleh karenanya perpindahan Kalor dari matahari ke bumi bukanlah dengan cara konduksi maupun konveksi, melainan radiasi. Pada dasarnya matahari memancarakan radiasi gelombang elektromagnetik hingga sampai dibumi. Radiasi yang diterima bumi terdir dari berbagai macam panjagng gelombang, termasuk panjang gelombang cahata tampak sehingga kita dapat melihat dengan jelas di siang hari. Selain cahaya tampak, terdapat pula panjang gelombang yang tidak tampak, salah satunya adalah Infra Red. Panjang gelombang inilah yang merupakan radiasi Kalor. Pepindahan Kalor dengan radiasi tidak memerlukan medium dan juga tidak membutuhkan perpindahan molekul.

Besarnya laju aliran perpindahan Kalor secara radiasi, secara matetamats dituliskan :

Dimana e adalah emissifitas, yang besarnya antara 0 dan 1. Idealnya benda hitam sempurna memiliki nilai e =1. Notasi σ adalah konstanta Stefan boltzman yaitu 5.67 x 10^-8 W/m²K⁴.