Perpindahan Kalor dan Pemanfaatannya

Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor dapat melalui tiga cara yaitu dengan pancaran atau radiasi, dengan hantaran atau konduksi, maupun dengan aliran atau konveksi. Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat. Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut. Radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. Ketiga cara perpindahan kalor tersebut banyak digunakan dalam peralatan dan kegiatan yang dilakukan manusia dalam kegiatan sehari-hari. Berikut ini penjelasan mengenai perpindahan kalor dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari hari.

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat. Misalnya saat menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang disetrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain. Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Contoh benda konduktor antara lain timbal, baja, aluminium, emas , tembaga, dan perak. Konduktor buruk disebut isolator, contohnya antara lain air, batu bata, kayu , stirofom, dan udara hampa. Isolator panas dimanfaatkan pada saat udara dingin, selimut yang terbuat dari serat wool atau kapas yang bersifat isolator. Panas dalam tubuhmu akan tertahan oleh selimut tersebut sehingga tubuh tetap hangat.

Perpindahan kalor secara konduksi dimanfaatkan dalam pembuatan peralatan masak. Peralatan masak yang digunakan untuk memasak biasanya pada bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan pegangannya menggunakan isolator yang baik. Contoh peristiwa konduksi lainnya ialah ketika memegang ujung sebuah besi dan ujung yang lain dipanaskan maka lama kelamaan ujung yang dipegang juga akan terasa panas. ketika membuat teh panas, sendok yang dipegang untuk mengaduk ngaduk teh panas juga akan terasa panas. 

2. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut. Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah dipanaskan, ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi. Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas.

Peristiwa konveksi tidak hanya terjadi pada zat cair tetapi juga terjadi pada gas. Peristiwa konveksi pada gas dijumpai pada cerobong asap pabrik-pabrik, proses sirkulasi udara dirumah dengan memanfaatkan ventilasi. 

Arus konveksi dapat ditemui di pantai, berupa angin laut dan angin darat. Pada waktu siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan (kalor jenisnya kecil), udara di atas daratan ikut panas dan bergerak naik, diganti udara dari lautan. Terjadilah angin laut. Pada waktu malam hari daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih hangat dan bergerak naik, diganti udara dari daratan. Terjadilah angin darat.

Konveksi dimanfaatkan pada berbagai peralatan misalnya pada magic jar, oven dan pengering rambut. 

• Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lain-lain biasanya terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun.
• Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.

Konduksi dan konveksi memiliki perbedaan dan persamaan. Persamaannya adalah keduanya sama-sama perpindahan kalor melalui suatu zat perantara. Perbedaannya adalah jika konduksi zat perantaranya tidak ikut berpindah sedangkan konveksi zat perantaranya ikut berpindah. Perbedaan lainya adalah konduksi biasanya terjadi pada benda padat, sedangkan konveksi biasanya terjadi pada benda cair dan benda gas.

3. Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium. Untuk mengetahui adanya pancaran kalor, alat yang digunakan adalah termoskop. Termoskop diferensial digunakan dalam menyelidiki sifat pancaran diberbagai permukaan. Contoh radiasi adalah perpindahan panas dari cahaya matahari ke bumi. Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain yaitu radiasi.

Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya antara lain bergantung pada suhu benda dan warna benda. Faktor-faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kalor yang diterima sebuah benda dari lingkungan sekitarnya?

• Jika suhu benda lebih dingin daripada suhu lingkungan, benda itu akan menyerap radiasi kalor dari lingkungan.  Makin rendah suhu benda, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. 
• Makin luas permukaan benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. 
• Makin gelap benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.

Faktor-faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kalor yang dilepas sebuah benda dari lingkungan sekitarnya?

• Makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.
• Makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.
• Makin gelap benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.

Peristiwa radiasi kalor dimanfaatkan dalam banyak peralatan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, beberapa diantaranya adalah sebagai berikut.

1. Permukaan pemanas air yang memanfaatkan panas matahari (solar heating) berwarna gelap atau hitam. Karena warna hitam atau warna gelap dapat meyerap panas atau kalor lebih cepat dan lebih banyak
2. Baju seragam sekolah umumnya berwarna terang atau putih. Karena jika seragam berwarna hitam/gelap, maka warna terebut akan menyerap cahaya, sehingga tubuh akan cepat panas dari pada menggunakan warna putih atau warna cerah.
3. Kompor surya. Permukaan pemantul dibuat mengkilap agar dapat memantulkan cahaya matahari. Permukaan pemantul dibuat melengkung agar cahaya matahari dapat dikumpulkan sehingga mempercepat proses memasak.
4. Warna panci dan peralatan masak lainnya yang bersentuhan dengan api tidak dibuat mengkilap, tetapi kusam. Karena warna kusam dapat menyerap panas lebih baik dan menyebarkan panas lebih baik pula dibanding yang mengkilap.
5. Radiasi juga dimanfaatkan oleh beberapa hewan, salah satunya adalah buaya. Untuk menghangatkan tubuhnya, hewan berdarah dingin seperti buaya ini memanfaatkan radiasi panas matahari. Kalor dari matahari diserap oleh buaya (dengan cara membuka mulutnya) sehingga suhu tubuhnya naik dan buaya dapat beraktivitas dengan mudah.