Kalor

Kalor adalah energi yang dipindahkan melintasi batas suatu sistem yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara sistem dan lingkungannya. Suatu sistem tidak menyimpan panas, tapi menyimpan energi dan kalor merupakan energi yang sedang mampir ini disebut perpindahan kalor.

Sebagai ilustrasi, perhatikan sebuah balok panas dan balok dingin dengan massa yang sama. Balok yang panas menyimpan lebih banyak energi dibandingkan dengan balok yang dingin karena memiliki aktivitas molekular yang lebih besar, artinya temperatur yang lebih tinggi. Jika kedua balok tersebut saling disentuhkan, energi mengalir dari balok yang panas ke balok yang dingin melalui perpindahan kalor. Pada akhirnya , kedua balok tersebut akan mencapai kesetimbangan termal, di mana keduanya memiliki temperatur yang sama. Perpindahan kalor telah berhenti, balok yang panas telah kehilangan energi dan balok yang dingin telah memperoleh energi.

Seperti halnya usaha, kalor adalah sesuatu yang melintasi batas. Karena suatu sistem tidak menyimpan kalor, kalor bukanlah merupakan suatu properti. Jadi, diferensialnya adalah tak-eksak dan dituliskan sebagai δQ, di mana Q adalah perpindahan kalor. Untuk suatu proses tertentu antara keadaan 1 dan keadaan 2 perpindahan kalor dapat dituliskan Q_1-2, tapi umumnya akan dituliskan dengan Q. laju perpindahan kalir akan dilambangkan dengan  .

Gambar

Sesuai konvensi, jika kalor dipindahkan ke suatu sistem maka nilainya adalah positif. Jika kalor dipindahkan dari suatu sistem maka nilainya adalah negatif. Ini berlawanan dengan konvensi yang dipilih untuk usaha; jika suatu sistem melakukan usaha terhadap lingkungannya maka nilainya adalah positif. Perpindahan kalor positif menambahkan energi ke suatu sistem, sedangkanusaha positif mengurangi energi dari suatu sistem. Suatu proses di mana terdapat perpindahan kalor nol disebut sebagai proses adiabatik. Proses yang demikian disimulasikan secara eksperimental dengan cara menginsulasi sistem sehingga sedikit sekali kalor yang berpindah.

Harus diperhatikan bahwa energi yang tersimpan dalam suatu sistem dapat dipindahkan ke lingkungannya melalui usaha yang dilakukan sistem atau kalor yang dipindahkan dari sistem tersebut. Jadi, kalor dan usaha secara kuantitatif adalah sama dan diekspresikan dalam satuan yang sama. Pengurangan energi yang sama dapat diperoleh jika kalor 100 J dipindahkan dari suatu sistem dengan jika usaha 100 J dilakukan oleh suatu sistem. Burner dalam gambar 3-11 mengilustrasikan kalor yang ditambahkan ke sistem dan proses yang berputar mengilustrasikan usaha yang dilakukan terhadap sistem.

Seringkali lebih memudahkan untuk menuliskan perpindahan kalor per satuan massa. Perpindahan kalor per satuan massa akan dilambangkan dengan q dan didefinisikan sebagai

Terdapat tiga moda perpindahan kalor: konduksi, konveksi dan radiasi. Seringkali dalam rancangan-rancangan engineering, ketiga moda tersebut harus diperhatikan. Perpindahan kalor konduksi terjadi dalam suatu bahan karena adanya perbedaan temperatur di dalam bahan tersebut. Moda ini dapat terjadi di dalam semua zat tapi paling sering diasosiasikan dengan zat-zat padat. Moda ini diekspresikan ssecara matematis melalui hukum perpindahan kalor Fourier, yang untuk bidang suatu dimensi memiliki bentuk

     di mana k adalah konduktivias termal dengan satuan W/m.K (Btu/sec-ft-^oR), L adalah ketebalan dinding, ∆T adalah perbedaan temperatur dan A adalah luas dinding. Seringkali perpindahan kalor dihubungkan dengan faktor-R, tahanan, yang diberikan melalui R_bahan = L/k.

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.