Suhu dan Kalor

I.            KOMPETENSI INTI

KI 1	:	Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
KI 2	:	Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif, dan pro-aktif dan menunjukkan sikap bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berintereraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai bagian dari cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
KI 3	:	Memahami, menerapkan dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.
KI 4	:	Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

II.            KOMPETENSI DASAR

3.8  Menganalisis pengaruh kalor dan perpindahan kalor pada kehidupan sehari-hari.

III.            INDIKATOR

1.      Menjelaskan konsep suhu.

2.      Menjelaskan konsep kalor.

3.      Membedakan suhu dan kalor.

4.      Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda.

5.      Menganalisis hubungan berbagai skala pada termometer.

6.      Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda.

7.      Menganalisis pengaruh kalor terhadap perubahan ukuran benda.

8.      Menjelaskan hubungan antara kalor dengan kapasitas  kalor.

9.      Menjelaskan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

10.  Mengidentifikasi faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor, laju konveksi kalor, dan daya radiasi kalor.

11.  Menjelaskan peristiwa Asas Black.

IV.            MATERI PEMBELAJARAN

Suhu dan Kalor

A.    Suhu

1.      Definisi suhu

2.      Pengukuran suhu

2.1  Konversi skala termometer

B.     Kalor

1.      Pengaruh kalor

1.1  Perubahan suhu

1.2  Perubahan wujud zat

1.3  Perubahan ukuran zat (pemuaian)

2.      Perpindahan kalor

2.1  Konduksi

2.2  Konveksi

2.3  Radiasi

3.      Hukum kekekalan energi kalor

3.1  Asas Black

V.            MATERI PRASYARAT

1.      Dasar-dasar pengukuran

2.      Besaran dan satuan

VI.            KONSEP ESENSIAL

1.      Suhu

2.      Kalor

3.      Pemuaian

4.      Kalor jenis

5.      Kalor laten

6.      Kapasitas kalor

7.      Konveksi

8.      Konduksi

9.      Radiasi

VII.            PETA KONSEP

VIII.            BAGAN MATERI

IX.            KANDUNGAN NILAI

No	Sub Materi Pembelajaran	Aspek			Aplikasi
		K	A	P
1	Suhu	√	√	√	Menjelaskan definisi suhu. Menggunakan pakain yang tepat saat cuaca panas dan dingin. Menentukan suhu suatu ruangan yang awalnya pada skala Celcius menjadi skala Fahrenheit, Reamur adan Kelvin.
2	Kalor	√	√	√	Mengetahui skema perubahan wujud zat dalam kehidupan sehari-hari. Mencampurkan air panas dan air dingin dengan takaran yang pas agar air yang akan digunakan untuk mandi menjadi hangat. Menentukan cara yang mudah untuk membuka tutup botol yang terbuat dari logam.
3	Perpindahan Kalor	√	√	√	Membandingkan perbedaan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi. Memegang panci panas menggunakan kain. Menentukan suatu bahan yang akan digunakan untuk mengahantarkan kalor.

Keterangan : K=Kognitif        A=Afektif       P=Psikomotor

X.            URAIAN MATERI

SUHU DAN KALOR

A.    SUHU

1.      Definisi Suhu

Jika kita membahas tentang suhu suatu benda, tentu terkait erat dengan panas atau dinginnya benda tersebut. Dengan indera perasa, kita dapat membedakan benda yang panas, hangat dan dingin.

Benda yang panas kita katakan suhunya lebih tinggi dari benda yang hangat atau benda yang dingin. Benda yang hangat suhunya lebih tinggi dari benda yang dingin. Dengan indera perasa kita hanya dapat membedakan suhu suatu benda secara kualitatif. Akan tetapi, di dalam fisika kita akan menyatakan panas, hangat, dingin dan sebagainya secara eksak yaitu secara kuantitatif (dengan angka-angka).

Secara sederhana suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Lebih kompleks lagi, suhu didefinisikan sebagai besaran fisika yang dimiliki dua benda atau lebih dalam keadaan setimbang termal.

2.      Pengukuran Suhu

Untuk menyatakan suhu suatu benda secara kuantitatif, diperlukan alat ukur yang disebut termometer. Termometer biasanya terdiri dari sebuah pipa kaca berongga yang berisi zat cair (alkohol atau air raksa) dan bagian atas cairan adalah ruang hampa udara. Termometer dibuat dengan menggunakan konsep perubahan sifat karena pemanasan. Pada termometer yang berisi alkohol maupun raksa menggunakan konsep bahwa volume zat cair akan berubah apabila dipanaskan atau didinginkan, yaitu akan bertambah apabila dipanaskan dan akan berkurang apabila didinginkan. Naik atau turunnya zat cair tersebut digunakan sebagai acuan untuk menentukan suhu suatu benda.

Suhu dapat dinyatakan secara kuantitatif melalui skala satuan pada termometer. Pada umumnya ada empat jenis satuan suhu yang sering digunakan pada skala termometer, yaitu Celcius (C), Reamur (R), Fahrenheit (F) dan Kelvin (K). Masing-masing termometer memiliki ketentuan-ketentuan tertentu dalam menetapkan nilai titik didih air dan titik beku air pada tekanan 1 atm, seperti terlihat pada gambar 1.1 berikut :

Gambar 1.1 Termometer berskala satuan Celcius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin

Titik beku didefinisikan sebagai suhu ketika zat padat dan cair ada bersama dalam kesetimbangan, yaitu tanpa adanya zat cair total yang berubah menjadi padat atau sebaliknya. Adapun titik didih didefinisikan sebagai suhu ketika zat cair dan gas ada bersama dalam kesetimbangan, yaitu ketika tekanan uap zat cair sama dengan tekanan eksternal yang dialami zat cair tersebut.

Dari ketentuan tersebut, diperoleh perbandingan skala dari keempat termometer tersebut, yaitu sebagai berikut.

C : R : (F-32) : (K-273) = 5 : 4 : 9 : 5

Dari perbandingan di atas, diperoleh beberapa hubungan sebagai berikut.

a.       Hubungan antara skala Celcius (C) dengan Reamur (R)

C : R = 5 : 4 maka

atau

b.      Hubungan antara skala Celcius (C) dengan Fahrenheit (F)

C : (F-32) = 5 : 9 maka

atau

c.       Hubungan antara skala Reamur (R) dengan Fahrenheit (F)

R : (F-32) = 4 : 9 maka

atau

d.      Hubungan antara skala Celcius (C) dengan Kelvin (K)

Panjang skala Celcius sama dengan skala Kelvin, sehingga C : K = 1 : 1. Mengingat 0°C = 273 K dan 100°C = 373 K, maka hubungan keduanya dapat dirumuskan

C = K – 273 atau  K = C + 273

Meskipun setiap termometer memiliki skala satuan yang berbeda satu sama lain, namun termometer satu dengan yang lain memiliki hubungan umum sebagai berikut.

Gambar 1.2 Perbandingan skala termometer secara umum

Keterangan :

X         : termometer berskala satuan X

Y         : termometer berskala satuan Y

(t_a)X    : titik didih pada termometer berskala X

(t_a)Y    : titik didih pada termometer berskala Y

(t_b)X    : titik beku pada termometer berskala X

(t_b)Y    : titik didih pada termometer berskala Y

t_x             : suhu yang ditunjukkan pada termometer X

t_y             : suhu yang ditunjukkan pada termometer Y

B.     KALOR

Peristiwa yang melibatkan kalor sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, pada saat memasak air dengan menggunakan kompor. Air yang semula dingin semakin lama akan menjadi panas. Mengapa air menjadi panas? Air menjadi panas karena mendapat kalor. Kalor yang diberikan pada air mengakibatkan suhu air naik. Kemudian, dari manakah kalor itu? Kalor berasal dari bahan bakar, dalam hal ini terjadi perubahan energi kimia yang terkandung dalam gas menjadi energi panas atau kalor yang dapat memanaskan air.

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah untuk mencapai keadaan termal. Oleh karena itu, satuan kalor dalam SI adalah Joule (J). Adapun satuan kalor yang lain adalah kalori. 1 kalori = 4,18 joule atau 1 Joule = 0,24 kal.

1.      Pengaruh Kalor

1.1  Perubahan Suhu

Gambar 1.3 pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda

Berdasarkan gambar 1.3 terlihat bahwa jika satu gelas air panas dicampur dengan satu gelas air dingin, setelah terjadi keseimbangan termal, menjadi air hangat. Hal tersebut dapat terjadi karena pada saat air panas dicampur dengan air dingin, maka air panas melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan air dingin menyerap kalor sehingga suhunya naik, dan akhirnya akan mencapai keseimbangan termal yang menjadikan air panas dan air dingin tercampur dan mempunyai suhu yang sama menjadi air hangat. Ada tiga faktor yang mempengaruhi banyaknya kalor yang diberikan, yaitu perubahan suhu, massa zat dan jenis zat.

Kalor dapat diberikan kepada benda atau diambil darinya. Kalor dapat diberikan pada suatu benda dengan cara pemanasan dan sebagai salah satu dampak adalah kenaikan suhunya. Kalor dapat diambil dari suatu benda dengan cara pendinginan dan sebagai salah satu dampak adalah penurunan suhu. Jadi, salah satu dampak dari pemberian atau pengurangan kalor adalah perubahan suhu yang diberi lambang Δt.

1.1.1        Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Karakteristik setiap zat berbeda. Misalnya pada air dan minyak. Air dan minyak merupakan zat yang berbeda, oleh karena itu air dan minyak memiliki jenis zat yang berbeda. Untuk membedakan zat-zat dalam hubungannya dengan pengaruh kalor, pada zat-zat itu digunakan konsep kalor jenis yang diberi lambang “c”.

Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu (Tri Widodo : 2009). Sehingga apabila suatu zat yang massanya m memerlukan atau melepaskan kalor sebesar Q untuk mengubah suhunya sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu dapat dinyatakan dengan persamaan:                 

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang dilepas atau diterima (J)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis (J/kg.K)

 = perubahan suhu (K)

Berikut ini adalah tabel 1.1 yang menyatakan menyatakan nilai kalor jenis dari beberapa zat :

Tabel 1.1 kalor jenis beberapa zat dalam J/kg.K

Berdasarkan persamaan Q = m . c . ΔT, untuk benda-benda tertentu nilai dari m . c adalah konstan. Nilai dari m . c disebut juga dengan kapasitas kalor yang diberi lambang "C" (huruf kapital). Berdasarkan persamaan Q = m . c . ΔT diperoleh persamaan berikut :

                         atau

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang dilepas atau diterima (J)

C = Kapasitas kalor (J/K)

 = Perubahan suhu (K)

Oleh karena itu, kapasitas kalor dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diterima atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu.

1.2  Perubahan Wujud Zat

Wujud zat dapat dikelompokan menjadi tiga, yaitu zat padat, zat cair dan zat gas. Wujud suatu zat dapat berubah dari wujud zat yang satu menjadi wujud yang lain. Perubahan wujud dapat disebabkan karena pengaruh kalor. Misalnya, ketika es dibiarkan di bawah terik matahari, maka es akan mencair akibat menerima kalor dari terik matahari. Pada saat air diletakkan pada freezer lemari es yang memiliki suhu rendah, maka air akan membeku karena melepaskan kalor. Sehingga perubahan wujud zat dapat diakibatkan adanya penyerapan atau pelepasan kalor. Setiap terjadi perubahan wujud terdapat nama-nama tertentu. Berikut adalah skema perubahan wujud zat beserta nama perubahan wujud zat tersebut.

D E P O S I S I

Gambar 1.4 skema perubahan wujud

1.2.1        Kalor Laten

Pada saat belajar pengaruh kalor terhadap perubahan suhu, dikenal istilah kalor jenis dan kapasitas kalor, yakni kalor yang digunakan untuk menaikan suhu. Oleh karena itu, untuk mengubah zat suatu benda dengan pelepasan atau penerimaan kalor juga dibutuhkan istilah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud benda. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud benda disebut kalor laten.

Misalnya, pada saat es sedang mencair atau pada saat air sedang menguap, suhunya tetap meskipun kalor terus diberikan. Oleh karena itu, pada saat zat mengalami perubahan wujud, suhu zat tersebut tetap, sehingga selama terjadi perubahan wujud zat seakan-akan kalor tersebut disimpan. Namun jika melihat adanya perubahan wujud akibat diberikan kalor, maka kalor yang diberikan sesungguhnya tidak tersimpan tetapi digunakan untuk mengubah wujud zat tersebut. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten yang dilambangkan dengan "L". Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan selama terjadi perubahan wujud dapat dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang dilepas atau diterima (J)

L = Kalor laten (J/kg)

m = Massa zat (kg)

Berdasarkan persamaan di atas, kalor laten dapat didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan atau diterima oleh tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya.

1.3  Perubahan Ukuran Zat (Pemuaian)

Pada saat kita ingin membuka tutup botol yang terbuat dari logam, seringkali kita merasa kesulitan. Untuk mempermudahnya, maka kita memanaskan tutup botol kaca tersebut dengan menyiram atau merendamnya dengan air panas. Setelah terkena panas, tutup botol dapat dibuka dengan mudah. Hal ini terjadi karena tutup botol tersebut mengalami pemuaian. Pada umumnya, benda akan memuai ketika dipanaskan. Hal ini terjadi karena ketika suhu benda dinaikan, atom-atom yang menyusun benda tersebut memperoleh energi. Akibatnya, atom-atom akan bergerak lebih cepat sehingga jarak rata-rata antar atom berubah yang ditandai dengan pertambahan ukuran benda. Jadi, pemuaian adalah bertambah besarnya ukuran suatu benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tersebut.

Setiap zat memiliki kemampuan memuai yang berbeda. Gas memiliki kemampuan memuai yang lebih besar daripada zat cair dan padat. Sedangkan zat cair memiliki kemampuan memuai yang lebih besar dari pada zat padat.

1.3.1        Pemuaian pada Zat Padat

Zat padat yang dipanaskan akan memuai ke sagala arah. Ukuran panjang, luas, dan volume akan bertambah. Dengan kata lain, zat padat akan mengalami pemuaian panjang, luas dan volume.

a.      Pemuaian Panjang

L0

∆L

 

Sebuah batang panjangnya L₀ dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar ∆T. Pemuaian batang hanya dianggap ke arah panjang batang, sering disebut pemuaian linier. Batang mengalami perubahan panjang sebesar ∆L yang sebanding dengan panjang batang mula-mula L₀ dan besar kenaikan suhu ∆T. Pertambahan panjang tiap bahan berbeda ini disebabkan oleh perbedaan koefisien muai panjang. Koefisien muai panjang ( ) suatu bahan adalah perbandingan antara pertambahan panjang ( ) terhadap panjang awal benda (l_o) per satuan kenaikan suhu ( ). Secara matematis dinyatakan dalam model :

Pemuaian panjang        

Satuan  adalah kebalikan derajat (1/⁰C) atau kebalikan kelvin (1/K)

b.      Pemuaian Luas

Bila benda padat berbentuk persegi panjang dipanaskan, terjadi pemuaian dalam arah memanjang dan arah melebar. Dengan kata lain, benda padat mengalami pemuaian luas.

Pemuaian luas berbagai zat bergantung pada koefisien muai luas. Koefisien muai luas  suatu bahan adalah fraksi perubahan luas benda  terhadap luas awal benda  persatuan kenaikan suhu . Secara matematis, dapat dinyatakan dengan

Pemuaian luas   

Hubungan antara koefisien muai luas  dan koefisien muai panjang  :

c.       Pemuaian Volume

Bila benda padat berbentuk balok dipanaskan, akan terjadi pemuaian dalam arah memanjang, melebar, dan meninggi. Pemuaian volume berbagai zat bergantung pada koefisien muai volume. Koefisien muai volume  suatu bahan adalah fraksi pertambahan volume  terhadap volume awal benda  per satuan kenaikan suhu . Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.

Pemuaian volume         

Hubungan koefisien muai volume  dengan koefisien muai panjang  adalah      

1.3.2        Pemuaian pada Zat Cair

Sifat umum zat cair adalah selalu mengikuti bentuk wadah yang ditempatinya. Jika air dituangkan ke dalam botol maka bentuk air akan mengikuti bentuk botol. Jadi, wadah dapat diartikan sebagai volume, sebab tinjauannya adalah ruang tiga dimensi. Karena itu, zat cair hanya memiliki muai volume (tidak memiliki muai panjang dan muai luas), sehingga untuk zat cair, yang diketahui selalu koefisien muai volumenya. Akan tetapi kita bisa juga meninjau pemuaian zat cair pada pemuaian panjang. Contohnya dalam pemuaian raksa dalam termometer.

Umumnya volume zat cair bertambah ketika suhunya dinaikkan, karena ada kasus khusus pada zat tertentu saat suhunya dinaikkan, volumenya menyusut.  Karena molekul zat cair lebih bebas dibandingkan molekul zat padat, maka pemuaian zat cair lebih besar dibandingkan pada zat padat. Rumus-rumus pemuaian volume pada zat padat berlaku pada pemuaian zat cair ini.

Anomali Air

Gambar 1.5  Grafik Volume terhadap Suhu

Pada umumnya zat cair memuai ketika dipanaskan. Akan tetapi, tidak halnya untuk air ketika dipanaskan dari suhu 0°C hingga 4°C, karena dalam keadaan ini air justru menyusut. Pada saat kita memanaskan es pada suhu -5°C, maka es memuai sama seperti zat padat lainnya sampai es mencapai suhu 0°C.

Apabila es kita panaskan lagi maka terjadi proses perubahan wujud hingga seluruh es mencair. Air menyusut ketika dipanaskan dari suhu 0°C hingga mencapai volume minimum pada suhu 4°C. Massa air tidak berubah selama penyusutan, sehingga massa jenis air mencapai maksimum pada suhu 4°C. Pada suhu di atas 4°C, air memuai jika dipanaskan seperti halnya zat cair lainnya. Sifat pemuaian air yang tidak teratur ini disebut anomali air yang terjadi pada suhu 0°C sampai 4°C.

1.3.3        Pemuaian pada Zat Gas

Ketika gas dipanaskan, gas akan memuai. Volume gas akan bertambah besar. Pertama, tinjau jika selama pemuaian gas tekanan dijaga kontan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas.

Proses tekanan konstan ini disebut isobarik. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Kedua, tinjau jika selama pemuaian gas volume dijaga konstan. Maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak gas.

Proses volume konstan ini disebut isokhorik. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Untuk jumlah gas yang tetap, keadaan suatu gas dinyatakan dengan tiga variabel, yaitu tekanan , volume , dan suhu mutlak . Persamaan keadaan gas ini diperoleh dari gabungan persamaan isobarik dan isokhorik.

2.      Perpindahan Kalor

Kalor adalah bentuk energi yang dapat berindah karena adanya perbedaan suhu. Kalor dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu secara konduksi, konveksi dan radiasi.

2.1  Perpindahan Kalor secara Konduksi

Proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel disebut konduksi. Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses berikut.

Pemanasan pada ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung bergetar lebih cepat dan suhunya naik, atau energi kinetiknya bertambah. Partikel-partikel yang energi kinetiknya lebih besar ini memberikan sebagian energi kinetiknya kepada partikel-partikel tetangganya melalui tumbukan, sehingga partikel-partikel ini memiliki energi kinetik lebih besar. Selanjutnya, partikel-partikel ini memberikan sebagian energi kinetiknya ke partikel-partikel tetangga berikutnya. Demikian seterusnya, sampai kalor mencapai ujung yang dingin. Proses perpindahan seperti ini berlangsung lambat karena untukmemindahkan lebih banyak kalor diperlukan beda suhu yang tinggi diantara kedua ujung.

Dalam logam, kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Pada tempat yang dipanaskan, energi elektron-elektron bertambah besar. Karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat diberikan ke elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat. Oleh karena itu, logam tergolong konduktor yang sangat baik.

Berdasarkan kemampuan mengahantarkan kalor, zat dibagi menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor. Isolator adalah zat yang sukar menghantarkan kalor. Namun, semua zat dapat menghantarkan kalor secara konduksi.

Faktor yang mempengaruhi laju kalor konduksi adalah sebagai berikut.

a.       Beda suhu antara kedua permukaan . Semakin besar beda suhu, semakin cepat perpindahan kalor.

b.      Ketebalan dinding . Semakin tebal dinding, semakin lambat perpindahan kalor.

c.       Luas permukaan . Semakin luas permukaan, semakin cepat perpindahan kalor.

d.      Konduktivitas termal zat , merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kaor. Semakin besar nilai , semakin cepat perpindahan kalor.

Berdasarkan penjelasan di atas, banyak kalor  yang melalui dinding selama selang waktu  dinyatakan oleh :

2.2  Perpindahan Kalor secara Konveksi

Proses perpindahan kalor dari suatu bagian fluida ke bagian fluida lain oleh pergerakan fluida itu sendiri disebut konveksi. Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanaskan) memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak keatas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar. Lintasan yang dibentuk akibat konvensi sidebut arus konveksi.

Laju kalor  ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan benda  yang bersentuhan denga fluida dan beda suhu  diantara benda dan fluida. Secara matematis dapat ditulis

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

2.3  Perpindahan Kalor secara Radiasi

Perpindahan kalor tanpa zat perantara (medium) disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnet. Jadi, radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnet.

Beberapa permukaan zat menyerap kalor radiasilebih baik daripada permukaan zat lain, yaitu:

a.       Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik pula.

b.      Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor yang buruk pula.

c.       Jika diinginkan kalor yang merambat sacara radiasi berkurang, permukaan harus dilapisi suatu bahan agar mengkilap (misalnya, dilapisi dengan perak)

Hukum Stefan-Boltzmann, berbunyi : “energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu  sebanding luas permukaan  dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu .”

Secara matematis, ditulis

Tetapan  (dibaca sigma) dikenal sebagai tetapan Stefan-Boltzmann dan dalam satuan Si nilainya .

Tidak semua benda dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna. Oleh karena itu, diperlukan sedikit modifikasi dari persamaan di atas. Daya radiasi

Dengan  adalah koefisien yang disebut emisivitas. Emisivitas adalah adalah suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan benda hitam sempurna. Emisivitas tidak memiliki satuan, nilainya antara 0 dan 1  dan bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan.

Ada banyak pemanfaatan radiasi dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya sebagai pendinginan rumah, efek rumah kaca, serta panel surya.

3.      Asas Black

Pada penjelasan sebelumnya telah dijelaskan bahwa kalor adalah bentuk energi. Oleh karena itu, kalor sama halnya dengan energi lainnya (energi mekanik, energi kinetik, energi potensial, dll.) yang memiliki sifat kekal. Energi kalor memiliki hukum kekekalan energi. Namun, hukum kekekalan energi tersebut hanya berlaku pada sistem tertutup. Secara matematis hukum kekalan energi dinyatakan sebagai berikut:  

QLEPAS = QTERIMA

Kalor yang dilepaskan zat bersuhu lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu lebih rendah. Kalor yang dilepas atau diterima dapat digunakan untuk mengubah suhu benda atau digunakan untuk mengubah wujud benda.