Pengertian Radiasi, Konveksi, Konduksi dan Rumusnya – Kalor mampu berpindah dari satu zat ke zat lain, jikalau terdapat perbedaan temperatur. Cara kalor berpindah kebanyakan terbagi dalam tiga cara, yakni radiasi, konveksi, dan konduksi. Penjelasan masing-masing perpindahan kalor tersebut ialah sebagai berikut:
1. Pengertian Radiasi
Radiasi adalah perpindahan kalor dari dua sistem dalam keadaan vakum (ruang hampa udara). Contoh yang paling mudah yakni energi kalor yang menjalar dari matahari menembus ruang hampa menuju bumi. Seperti kita pahami, ruang antara matahari dan bumi berjarak 149 juta kilometer. Ruang tersebut hampa udara atau vakum. Namun demikian energi kalor tetap dapat menjaalar dan hingga ke bumi. Oleh alasannya adalah itu bumi menerima energi matahari yang sangat berharga.
Manfaat Radiasi bagi Kehidupan
Energi matahari yang hingga ke bumi sekitar 1.000 watt tiap meter persegi permukaan bumi, 300 watt diantaranya dipantulkan kembali dan 700 watt yang lain diserap banyak sekali tanaman untuk fotosintesis, hewan, manusia, lautan dan lain-lain. Jika PLN menjual energi listrik per 1.000 watt jam Rp2.500, maka kalau dalam sehari rata-rata kita menerima energi matahari 12 jam, maka artinya kita menemukan energi gratis saban hari sebesar Rp21.000 atau dalam sebulan kita menerima Rp630.000 untuk energi matahari setiap meter persegi. Jika rumah kita luasnya 100 meter persegi, maka artinya kita telah menemukan energi seharga 63 juta rupiah tiap bulan secara gratis yang diberikan oleh Allah SWT. Untu itu kita pantas bersyukur bahwa energi kalor dapat berpindah lewat radiasi.
Dengan demikian, dalam radiasi kalor tidak diperlukan medium atau bahan mediator. Lalu, bila kalor dapat merambat tanpa perantara, melalui apakah kalor dapat tersebar di ruang hampa udara? Kalor mampu tersebar diruang hampa udara melalui gelombang elektromagnetik (EM). Gelombang EM ini dapat merambat tanpa membutuhkan medium sama sekali.
Persamaan Laju Perpindahan Kalor Radiasi
Pada tahun 1874, Joseph Stefan melaksanakan pengukuran terhadap laju perpindahan kalor yang dipancarkan oleh suatu benda. Diperoleh bahwa laju perpindahan kalor tersebut sebanding dengan temperatur pangkat empat pada tahun 1879, Ludwig Boltzmann menyempurnakan desain Stefan sehingga diperoleh persamaan laju perpindahan kalor Stefan-Boltzmann berikut
Dengan 
yakni konstanta Stefan-Boltzmann, yang nilainya 5,67 x 10-8 W/m2K2. Adapun A menawarkan luas permukaan benda yang merediasikan kalor dan e adalah konstanta emisivitas yang nilainya 1 untuk benda hitam.
Benda hitam memiliki kemampuan menyerap dan memancarkan energi secara baik. Benda hitam yang memancarkan dan mendapatkan seluruh energi yang dimilikinya disebut “benda hitam sempurna”. Untuk benda-benda bukan hitam, nilai e berkisar antara 0 dan 1. Dari pengalaman sehari-hari, memakai baju hitam terasa lebih panas dibanding menggunakan baju yang berwarna putih. Hal ini disebabkan alasannya adalah baju warna hitam menyerap lebih banyak energi kalor matahari dibanding baju putih.
Prinsip Radiasi Kalor
Prinsip radiasi kalor kalor diterapkan dalam banyak peralatan, contohnya termos. Pada termos, kalor dicegah untuk masuk atau keluar lewat ruang vakum dan materi yang mampu memantulkan gelombang radiasi. Ruang vakum di antara dua tabung berfungsi untuk menyekat kalor dari perpindahan konveksi atau beling menjaga agar kalor tidak masuk atau keluar lewat cara radiasi.
Selain termos untuk menyimpan air panas, rumah beling juga memakai pengetahuan radiasi kalor. Hal ini sebab rumah beling kalor di dalamnya dijaga biar tetap dengan cara mempertahankan kalor dari energi matahari tetap berada di ruangan, baik siang maupun malam hari. Ini terjadi pada ketika sinar matahari menyoroti ruanagn greenhouse (rumah kaca) yang yang dibuat dari materi transparan (beling atau plastik), seluruh gelombang radiasi mampu menemubus masuk ke dalam. Sebagian dari gelombang yang memiliki panjang gelombang besar dapat dipantulkan kembali ke luar, namun gelombang radiasi EM yang memiliki panjang gelombang pendek terjebak di dalam ruangan sehingga menghangatkan ruangan. Akibatnya, seolah-olah tumbuhan di dalamnya menerima energi terus-menerus sepanjang siang dan malam. Hal tersebut menjadikan pertumbuhan flora mampu dipercepat.
2. Pengertian Konveksi
Konveksi yaitu perpindahan kalor dari dua sistem melalui perantara zat yang mampu mengalir, seperti cairan dan udara. Dengan demikian, dalam konveksi dibutuhkan medium berupa zat yang mengalir, seperti cairan atau udara.
Contoh dari konveksi yakni perpindahan kalor pada air yang sedang dipanaskan. Oleh karena konveksi, kalor dari satu bab air mampu tersebar secara merata ke bagian lain. Contoh lainnya yakni pada fatwa angin. Angin muncul alasannya perbedaan temperatur antara dua kawasan, contohnya antara lautan dan daratan. Pada siang hari yang panas, daratan lebih singkat panas dibanding lautan, sehingga menyebabkan angin bertiup dari lautan ke daratan. Hal ini disebabkan udara di daratan yang lebih panas akan mempunyai massa jenis yang rendah sehingga tekanan menjadi kecil. Di sisi lain, lautan yang lebih hambar mempunyai massa jenis yang lebih besar dan tekanan yang lebih besar pula. Dengan demikian, udara akan mengalir dari bahari ke darat. Hal inilah yang dinamakan angin maritim. Pada malam hari, yang terjadi yaitu sebaliknya. Udara di daratan lebih cepat hambar sehingga angin bertiup ke lautan, maka disebut angin darat.
Prinsip Konveksi Kalor
Udara di atas permukaan bumi kita juga bersikulasi kerena prinsip konveksi. Udara paling luar lebih hambar. Adapun bagia udara yang lebih bersahabat ke bumi, lebih hangat. Udara hambar dan lebih besar massa jenisnya akan turun ke permukaan bumi, sedangkan udara yang lebih hangat dan lebih rendah kerapatannya akan naik ke atmosfer. Demikian sirkulasi ini berlangsung sehingga temperatur bumi stabil dan merata.
Persamaan Laju Perpindahan Kalor Konveksi
Laju perpindahan kalor pada proses konveksi mampu dijumlah melalui persamaan berikut:
Dengan h ialah koefisien konveksi. Dari persamaan berikut mampu kita ketahui bahwa semakin besar perbedaan temperatur dari dua zat, maka laju perpindahan kalor secara konveksi makin cepat pula.
3. Pengertian Konduksi
Konduksi yakni perpindahan kalor antara sistem yang bersentuhan langsung akhir perbedaan temperatur. Dengan kata lain, konduksi terjadi alasannya adalah adanya “gradien temperatur” di antara keduanya. Perbedaan konduksi dan konveksi yakni dalam konduksi, yang menjdai medium perpindahan ialah zat padat. Adapun dalam konveksi, yang menjadi medium perantara perpindahan kalor ialah zat alir (fluida), yakni udara atau cairan.
Persamaan Laju Perpindahan Kalor Konduksi
Apabila sebuah benda, misal kubus memliki dua segi luas A memeiliki temperatur berlawanan T2 – T1 = ∆T. Oleh sebab perbedaan temperatur ini, maka akan terjadi perpindahan kalor secara konduksi dengan laju perpindahan sebesar:
Besaran ∆T/L ini sering disebut gradien temperatur, dan k yakni koefisien konduktivitas termas dari benda. Koefisien k menunjukan laju perpindahan kalor yang besar.
Konduktivitas termal dari materi sangat penting, contohnya untuk memilih materi yang cocok dengan keperluan alat. Untuk alat-alat yang membutuhkan perpindahan kalor yang cepat, mirip alat memasak, setrika, dan penghangat air diperlukan bahandengan materi dengan konduktivitas termal yang besar biar perpindahan cepat terjadi. Namun demikian, pendapatlain seperti kekuatan bahan juga penting.