Terjadinya Perpindahan Panas terhadap Wujud Zat
Ilustrasi perpindahan panas
Panas adalah bentuk lain dari energi. Perpindahan panas merupakan energi yang di transfer dari suatu benda ke benda lain karena perbedaan temperatur. Ini adalah energi dari atom dan molekul yang bergerak dalam objek. Semakin cepat gerakannya, semakin besar panas yang dihasilkan. Contohnya, atom dan molekul bergerak konstan di udara.
Saat gerakannya menjadi lebih cepat, temperatur udara meningkat. Jika gerakannya menjadi lambat, udara akan menjadi dingin. Atom dan molekul selalu bergerak. Namun gerakkan ini tidak cepat, bebas dan mudah seperti di udara. Ratusan miliar tabrakan terjadi per detik di antara molekul karena gerakan ini.
Jika dua benda di dekatkan dan tidak ada perpindahan panas dari satu benda ke benda lainnya, diartikan benda tersebut mempunyai temperatur yang sama. Kejadian dan gerakan terjadi karena energi mengalir atau terjadi perpindahan panas dari objek yang bertemperatur tinggi ke objek lain yang temperaturnya lebih rendah.
Pada mesin uap, aliran panas dari daerah panas ke daerah dingin dapat menghidupkan mesin. Ini disebut perpindahan panas. Temperatur menunjukkan seberapa cepat molekul dan atom bergerak. Dengan memanaskan kita membuat molekul bergerak lebih cepat. Jika sebuah benda yang panas bertemu dengan benda yang dingin, beberapa partikel akan bertabrakan dengan partikel yang dingin.
Akibatnya, molekul dari benda yang dingin mulai bergerak lebih cepat. Sebaliknya, akibat tabrakan molekul dingin dengan benda panas, terjadi perlambatan gerak. Proses terus berlanjut sampai kedua objek mencapai temperatur yang sama.
Jadi dapat diilustrasikan jika dua benda yang memiliki suhu berbeda di satukan, benda yang bersuhu tinggi akan mengalami penurunan suhu. Benda yang bersuhu rendah akan mengalami kenaikan suhu sampai kedua benda tersebut mengalami suhu yang sama.
Suhu panas sesungguhnya tidak dapat berpindah jika tidak adanya alat khusus yang dapat memindahkan panas. Sebagai contoh, ruangan yang menggunakan AC, ruangan yang memiliki suhu lebih rendah diserap lalu dipindahkan ke ruangan lain yang suhunya lebih tinggi.
Panas merupakan energi kinetik dari zat yang atom dan molekulnya terus bergerak. Pada temperatur nol, atom dan molekul zat mempunyai energi atom paling kecil. Bahkan pada temperatur ini, atom dan molekul terus bergerak. Molekul hidrogen pada titik leleh bergerak dengan kecepatan 1.950 m perdetik.
Untuk satuan energi panas yaitu joule (j), atau dapat juga menggunakan satuan energi yang lain yaitu kalori (kal). Kesamaan satuan joule dan kalori dapat dirumuskan sebagai berikut:
1 kalori = 4,186 joule
Atau
1 joule = 0,24 kalori
Bagaimana Cara Perpindahan Panas?
Pada prinsipnya perpindahan panas dapat terjadi dengan 3 cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Konduksi
Merupakan perpindahan panas yang tanpa disertai perpindahan partikel yang membentuknya. Hal ini hanya dapat terjadi di benda padat. Misalnya, sebuah besi yang bisa dipanaskan salah satu ujungnya, maka ujung yang lain akan ikut menjadi panas.Setiap benda memiliki penghantar panas yang tidak sama, misalnya logam besi dan sejenisnya memiliki daya hantar yang bagus, berbeda dengan plastik atau kayu.
2. Konveksi
Yaitu perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan partikel. Ini karena terjadinya konveksi disebabkan perbedaan massa jenis. Perpindahan ini terjadi pada zat zair dan gas. Contohnya saat merebus air, terjadinya angin laut dan darat.
Terjadinya angin laut disebabkan adanya aliran air laut ke darat, karena pada siang hari suhu udara di darat lebih tinggi daripada di laut. Sebaliknya angin darat karena adanya aliran udara dari arat ke laut, ini disebabkan pada malam hari udara di permukaan laut lebih tinggi, sehingga udara dari darat mengalir ke laut.
Berdasarkan cara gerakan alirannya dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa. Konveksi bebas (free/natural convection) jika gerakan bercampur disebabkan adanya perbedaan kerapatan massa jenis oleh sebab gradien suhu, contohnya gerakan air panas tatkala mulai mendidih.
Konveksi paksa yaitu gerakan fluida yang berasal dari luar lalu di pompa paksa seperti halnya kipas angin, AC atau pendingin radiator yang didinginkan oleh angin kipas. Rumusan fluida sendiri dapat dinyatakan sebagai berikut:
Qc = Hc.A.dT
Ketika:
Qc = laju perpindahan panas melalui konveksi (watt)
Hc = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2K)
A = luas penampang aliran permukaan dan fluida (m2)
dT = Perbedaan suhu antara permukaan dan fluida (k)
3. Radiasi
Yaitu berpindahnya panas tanpa melalui media penghantar, misalnya matahari yang menyinari bumi atau rasa hangat yang ditimbulkan saat kita berada di dekat api unggun.
Asal Energi Panas
Berbagai macam sumber energi akan menghasilkan panas. Berikut beberapa sumber energi panas yang sering dijumpai:
1. Matahari
Matahari adalah sumber panas utama kita. Pada intinya, reaksi penggabungan nuklear menaikkan temperatur sampai 14.000.000 K. Bahkan pada permukaan, temperaturnya lebih dari 6.000 K. Energi panas yang sampai ke bumi yang kita rasakan adalah sebagian kecil dari energi ledakkan energi yang dikeluarkannya.
2. Bahan bakar
Salah satu penghasil energi adalah bahan bakar yang dapat berasal dari minyak bumi. Bahan bakar minyak bumi atau disebut juga bahan bakar fosil tidak dapat diperbarui, misalnya bensin, solar, dan sebagainya.
3. Listrik
Listrik merupakan salah satu sumber energi bagi kehidupan, listrik dapat dihasilkan melalui berbagai cara yang paling umum adalah menggunakan kumparan kawat dan magnet dalam sebuah generator. Sumber pembangkit listrik bisa dari air, panas bumi, matahari, atau solar. Listrik yang kita gunakan di rumah dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti menyetrika, menyalakan tv dan sebagainya.
4. Gesekan
Gesekan adalah gaya yang memberi tahanan terhadap gerakan satu benda terhadap benda lain. Ini terjadi di antara dua permukaan yang saling berkontak saat bergerak. Besarnya energi panas yang dihasilkan tergantung dari seberapa tebal dan kasar permukaan benda yang mengalami gesekan.
Di antara kegunaan energi gesekan yaitu, membantu roda lokomotif memegang rel besi yang halus, menghangatkan tubuh saat kita menggosokan tubuh, batu api yang bila di gesekan akan menimbulkan panas dan percikan api dan lain sebagainya.
5. Makanan
Kita dapat berjalan, berlari, melakukan aktivitas sehari-hari karena adanya energi yang kita keluarkan. Energi yang kita keluarkan berasal dari makanan yang kita makan. Makanan yang kita makan dengan bantuan oksigen saat di cerna akan berubah menjadi energi.
Perubahan Benda Akibat Perubahan Panas
Panas dapat merubah bentuk benda, jika benda tersebut di panaskan, setidaknya ada 3 perubahan yaitu, perubahan wujud benda, perubahan volume benda, dan perubahan suhu benda. Ada lima perubahan wujud dari benda akibat dari perpindahan panas, yaitu:
1. Mengembun
Mengembun merupakan peristiwa bersatunya partikel zat yang berwujud gas menjadi zat cair. Ini terjadi karena adanya pelepasan energi panas dari gas, sebagai contoh embun yang terjadi pada pagi hari.
2. Menguap
Menguap merupakan perubahan zat cair menjadi gas. Penguapan terjadi karena adanya proses pemanasan. Ketika menguap partikel yang ada pada zat cair terlepas ke udara. Contohnya adalah memasak air, dan menjemur pakaian di siang panas matahari.
3. Melebur
Melebur merupakan peristiwa perubahan benda padat menjadi cair. Proses peleburan di bantu oleh perpindahan panas. Panas yang dibutukan besarannya setara dengan masa jenis zat yang akan dilebur. Contohnya, es yang di letakkan di meja lama kelamaan akan mencair. Semakin besar bentuk esnya, semakin besar pula panas yang dibutuhkan untuk mencairkannnya.
4. Membeku
Membeku merupakan perubahan wujud gas dari zat air ke padat. Proses kebalikan dari melebur. Proses membeku adalah proses pelepasan panas. Ketika terjadi pembekuan suhu di sekitar benda tetap sedangkan panas yang ada bukan untuk menurunkan masa zat. Panas dilepaskan untuk mengurangi masa zat cairagar berubah menjadi zat padat, contohnya adalah lilin yag telah dipanaskan.
5. Menyublim
Menyublim merupakan proses terjadinya perubahan bentuk dari padat ke gas atau sebaliknya. Proses terjadinya perubahan dari padat ke gas benda memerlukan panas sedangkan dari gas ke padat terjadi akibat pelepasan panas atau perpindahan panas. Contohnya, pengharum ruangan yang berbentuk padat lama kelamaan akan habis.
