Kalor adalah salah satu bentuk energi yaitu merupakan energi termal. Energi termal ini berbentuk energi kinetik atom atau molekul dalam suatu bahan. Energi  kalor  dapat  berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Pada waktu memasak air, kalor berpindah dari api ke panci lalu ke air. Pada waktu menyetrika, kalor berpindah dari setrika ke pakaian. Demikian juga pada waktu berjemur, badan Anda terasa hangat karena kalor berpindah dari matahari ke badan Anda. Kalor dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi (pancaran).

1. Konduksi

Konduksi merupakan  peristiwa perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel dari zat tersebut. Perpindahan kalor  secara konduksi ini terjadi pada zat padat, sehingga didefinisikan juga konduksi adalah perpindahan kalor pada zat padat.

Perpindahan kalor dengan cara konduksi disebabkan karena partikel-partikel penyusun ujung zat (A) yang bersentuhan dengan sumber kalor bergetar. Makin besar getarannya, maka energi kinetiknya juga makin besar. Energi kinetik yang besar menyebabkan partikel tersebut menyentuh partikel di dekatnya, demikian seterusnya sampai akhirnya pada ujung benda yang lain (B) juga terasa panas.

Selain karena adanya energi kinetik tersebut, dalam logam kalor juga berpindah melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Elektron bebas adalah elektron yang dengan mudah dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lain. Di tempat yang dipanaskan energy elektron-elektron bertambah besar. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan energy ini dengan cepat dapat diberikan ke electron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor dapat berpindah lebih cepat. Oleh karena itu, logam tergolong konduktor yang baik.

Perbedaan suhu kedua ujung batang menyebabkan energi termal terus menerus akan dikonduksikan lewat batang tersebut dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Dalam keadaan mantap, suhu berubah secara uniform dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Laju perubahan suhu sepanjang batang  dinamakan “gradien suhu”. Perhatikan bagian kecil dari batang penghantar yang panjangnya

 dan  adalah beda suhu pada ujung–ujung batang seperti ditunjukkan pada Gambar ( 1 ) maka jumlah kalor yang dipindahkan secara konduksi lewat potongan tersebut tiap satu satuan waktu, sering disebut sebagai arus termal H.

Sebuah zat yang mempunyai konduktivitas termal k yang  besar adalah penghantar kalor yang baik ( konduktor yang baik ), dan zat yang mempunyai konduktivitas termal k yang kecil adalah penghantar kalor yang jelek ( isolator yang baik )

           Tabel 1 : Konduktivitas Termal Beberapa Zat

Nama Zat	Konduktivitas Termal (W/m°C)
Gas pada 0oC Hidrogen Oksigen Udara Logam pada suhu kamar Timbal Baja Kuningan Aluminium Tembaga Perak Lain-lain pada suhu kamar Batu Kayu Bata Merah Beton Kaca Es	0,14 0,023 0,024 35 46 110 200 390 410 0,04 0.08 0,6 0,8 0,8 1,7

v  Faktor – faktor yang mempengaruhi laju kalor konduksi

ü Beda suhu di antara kedua permukaan yaitu makin besar beda suhu maka makin cepat perpindahan kalor.

ü Panjang bahan yaitu semakin panjang bahan maka semakin lambat perpindahan kalor.

ü Luas permukaan yaitu semakin besar luas permukaan maka semakin cepat perpindahan kalor.

ü Konduktivitas termal zat k yaitu semakin besar nilai k maka semakin cepat perpindahan kalor.

2.  Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi pada fluida atau zat alir seperti zat cair dan gas

fluida

 

Nilai h yang merupakan koefisien konveksi bergantung pada bentuk dan kedudukan permukaan yaitu tegak, miring, mendatar, menghadap ke bawah atau menghadap ke atas. Nilai h diperoleh secara percobaan.

v  Perpindahan kalor secara konveksi terdiri dari :

a.    Konveksi alami

Perpindahan kalor secara konveksi alami adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut akibat perbedaan massa jenis. Contoh dari perpindahan kalor secara konveksi alami adalah pemanasan air.

b.    Konveksi paksa

Perpindahan kalor secara konveksi paksa adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikelpartikel zat tersebut akibat dari suatu paksaan terhadap partikel bersuhu tinggi tersebut. Contoh dari perpindahan kalor secara konveksi paksa adalah sistem pendinginan mesin mobil.

v Contoh konveksi udara dalam kehidupan sehari-hari, antara lain sebagai berikut.

1.    Sistem ventilasi rumah. Udara panas di dalam rumah akan bergerak naik dan keluar melalui ventilasi. Tempat yang ditinggalkan akan diisi oleh udara dingin melalui ventilasi yang lain sehingga udara di dalam rumah lebih segar.

2.    Cerobong asap pabrik. Pada pabrik-pabrik, udara di sekitar tungku pemanas suhunya lebih tinggi daripada udara luar, sehingga asap pabrik yang massa jenisnya lebih kecil dari udara luar akan bergerak naik melalui cerobong asap.

3.    Angin laut dan angin darat. Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan. Udara di daratan memuai sehingga massa jenisnya mengecil dan bergerak naik ke atas. Tempat yang ditinggalkan akan diisi oleh udara dingin dari laut, maka terjadilah angin laut. Sebaliknya, pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Udara di atas laut memuai, massa jenisnya mengecil dan bergerak ke atas. Tempat yang ditinggalkannya akan diisi oleh udara dingin dari darat, maka terjadilah angin darat.

 

4.        Lemari es membantu dingin dengan aliran arus konveksi. Udara dingin terdapat pada bagian atas lemari es, sementara udara hangat yang terdapat pada bagian bawah bergerak naik, kemudian menjadi lebih dingin.

3.  Radiasi

Radiasi merupakan perpindahan kalor tanpa medium. Kita bisa merasakan panas sinar matahari sampai ke bumi meskipun di luar lapisan atmosfer bumi itu merupakan ruang vakum.

Setiap benda mengeluarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Laju radiasi dari permukaan suatu benda berbanding lurus dengan luas penampang, berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, dan tergantung sifat permukaan benda tersebut.

Emisivitas e adalah suatu ukuran seberapa besar pemancar  radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Emisivitas tidak memiliki satuan, nilainya yaitu 0 < e < 1 dan bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Permukaan mengkilat memilki nilai e lebih kecil daripada permukaan yang kasar. Pemantul sempurna ( penyerap paling jelek ) memiliki e = 0, sedangkan penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna yaitu benda hitam sempurna memilki e = 1. Emisivitas tubuh manusia tergantung pada warna kulit, tetapi nilainya hamper e = 0.98 .

v  Pemanfaatan radiasi

ü Pendiangan rumah

Sebagian besar kalor pendiangan rumah akan naik ke atas cerobong asap karena di bawa oleh konveksi udara. Tubuh kita terasa hangat karena adanya penjalaran kalor secara radiasi ke samping dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

ü Rumah kaca

Berdasarkan urutan panjang gelombang dari terbesar ke terkecil yaitu infrared, cahaya tampak dan ultraviolet. Infrared dan ultraviolet dipantulkan kembali sedangkan cahaya tampak bisa menembus kaca sehingga tanah dan tanaman lebih hangat. Namun jika dibandingkan sinar matahari, tanah dan tanaman menjadi sumber kalor yang lebih dingin yang akan memancarkan kembali kalor kalor yang diterimanya dalam bentuk radiasi infrared dengan panjang gelombang lebih panjang. Namun energy kalor radiiasi infrared ini tidak dapat menembus kaca sehingga dia terperangkap di dalam rumah kaca. Itulah yang menyebabkan suhu di dalam rumah kaca lebih tinggi dari pada suhu di luarnya.

ü Panel surya

Merupakan suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga yang diicat hitam dengan panel depan terbuat dari kaca. Kalor radiasi matahari diserap oleh permukaan hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui logam. Bagian dalam panel dijaga tetap hangat oleh efek rumah kaca, kemudian sirkulasi air melalui wadah logam akan membawa kalor menjauhuntuk dimanfaatkan pada system pemanas air domestic dan untuk pemanasan kolam renang.