Memahami Perpindahan Panas dan Insulasi: Dasar Ilmu Termal dalam Kehidupan Sehari-hari
Ketika kita memasak menggunakan kompor gas dan ketel, atau menghangatkan ruangan dengan pemanas gas, prinsip pemanasan dapat dengan mudah kita pahami. Gas yang dinyalakan menghasilkan panas, yang kemudian diteruskan melalui ketel ke air, sehingga air menjadi panas dan akhirnya mendidih. Demikian juga, pemanas gas memanaskan udara di sekitar sehingga ruangan terasa hangat.
Namun, ketika kompor dimatikan, suhu air dalam ketel akan turun seiring waktu. Hal ini terjadi karena panas dari air dan permukaan ketel tertransfer ke udara di sekitarnya. Fenomena ini disebut konduksi panas atau perpindahan panas, yaitu perpindahan energi panas dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Proses ini berlangsung hingga suhu kedua benda menjadi sama, sebuah keadaan yang disebut keseimbangan termal atau "thermal equilibrium." Contohnya, jika air panas dibiarkan cukup lama dalam ruangan, suhu air tersebut akan menyamai suhu ruangan.
Cara Menjaga Panas atau Mengurangi Kehilangan Panas
Untuk menjaga supaya air panas dalam ketel tidak cepat dingin setelah kompor dimatikan, kita menggunakan media penyimpan panas yang disebut vacuum flask atau dalam bahasa Jepang "まほうびん" (mahoubin). Vacuum flask memiliki desain khusus berupa struktur ganda: satu wadah dalam berisi air panas dan satu wadah luar yang terpisah. Ruang antara kedua wadah ini dikosongkan dari udara sehingga menjadi vakum, yang sangat efektif menghambat perpindahan panas melalui udara (konveksi dan konduksi). Dengan begitu, panas dalam air tetap terjaga lebih lama.
Selain vacuum flask, bahan insulasi lain seperti styrofoam atau bahan busa lainnya juga efektif dalam mengurangi perpindahan panas karena banyak mengandung udara yang terperangkap, sehingga memperlambat aliran panas.
Memilih Bahan untuk Mentransfer Panas
Ada kalanya kita ingin bahan yang cepat meneruskan panas, seperti pada panci, ketel, dan wajan. Oleh karena itu, bahan seperti logam dipilih karena logam dikenal memiliki konduktivitas termal yang tinggi, artinya dapat menghantarkan panas dengan sangat baik.
Penyimpanan Panas dan Konsep "Kalor"
Walaupun panas bukanlah materi, panas dapat "disimpan" dalam bentuk energi panas pada suatu benda. Contohnya, para nelayan menggunakan batu yang dipanaskan di atas api pantai, kemudian memasukkan batu panas tersebut ke dalam panci berisi air. Batu yang menampung panas ini dapat dengan cepat mengalirkan energi panas ke air, sehingga air dapat langsung mendidih. Ini terjadi karena batu menyimpan sejumlah besar energi panas yang dilepaskan sekaligus dalam waktu singkat.
Konsep ini dikenal sebagai kalor atau jumlah panas yang tersimpan (jumlah energi panas). Misalnya, air dengan volume 1 liter pada suhu 90°C menyimpan lebih banyak energi panas dibandingkan air pada suhu 60°C. Jika volumenya bertambah, jumlah panas yang disimpan juga bertambah. Dalam contoh batu panas tadi, panas yang tersimpan di batu berpindah ke air dan menaikkan suhu air sesuai dengan energi panas yang ditransfer.